Как узнать сколько в человеке бериллия. Бериллий — свойства, применения сплавы бериллия

Бериллий является одним из основных источников загрязнения окружающей среды. Бериллий используется в промышленности, в частности он выступает в роли источника нейтронов в атомном реакторе. Но этот элемент содержится и в человеческом организме. В этой статье мы поговорим про влияние этого элемента на здоровье человека, а также про недостаток, дефицит бериллия в организме.

Воздействие бериллия на организм

Если концентрация в воздухе достигнет 0, 01 мг на куб. м, могут проявиться явные признаки отравления бериллием. Выделяют три стадии отравления:

1. Лихорадка литейщиков, сопровождается значительным повышением температуры, и проходит через сутки - двое.
2. Воспаление легких, вызванное токсическим воздействием бериллия, может проявиться спустя несколько лет.
3. Хроническое отравление - промышленный саркоидоз, или бериллиоз.

Согласно статистике, 100 отравлений в 10-ти случаях заканчивается смертельным исходом.

Бериллий относится к классу нерадиоактивных химических элементов. Его использование в последние годы увеличилось на 500%, при том что применение хрома возросло всего лишь на 50%, бора на 78%, марганца на 45%, меди на 30%, цинка на 44%, никеля на 70%.

Бериллий является достаточно редким элементом на нашей планете. Он характеризуется рядом ценных свойств: при достижении определенных условий он служит источником нейтронов, к тому же он очень легкий, примерно в 4 раза легче железа. Энрико Ферми в своих первых экспериментах использовал именно препараты бериллия и радия, благодаря которым и появился первый реактор. От всех остальных металлов бериллий отличается тем, что он не ржавеет.

Несколько десятков лет бериллий в комплексе с цинком использовался в качестве наполнения цветных уличных фонарей, свет которых, как, оказалось, впоследствии являлся токсичным.

Порошок бериллия используется в топливных смесях, использующихся в ракетах, при сгорании он выделяет огромное количество энергии. Однако все его многочисленные преимущества перевешивает всего лишь один единственный недостаток: бериллий является ядовитым, даже в минимальных количествах он может вызвать отравление. Он оказывает губительное влияние на половые функции.

Повсеместное использование бериллия в промышленных целях серьезно беспокоит диетологов, врачей и все население планеты.

Бериллий является токсичным химическим элементом. В организм бериллий может попасть через легкие и с пищей. Ежесуточно в организм человека попадает порядка 10-20 мкг бериллия. В пищеварительной системе в растворимом виде бериллий способен взаимодействовать с фосфатами, в результате чего получается плохо растворимая соль. Кроме того, бериллий связывается с белками эпителия и образуются прочные протеинаты. По этой причине всасываемость бериллия в пищеварительном тракте достаточно невелика и колеблется в пределах 4-10% от поступившего в организм элемента. Данный показатель напрямую зависит от уровня кислотности желудочного сока. В организме общее количество данного элемента достигает 0, 4-40 мкг. Металл присутствует в мышечной, костной ткани и в крови. Бериллий может накапливаться в печени, легких, костях, лимфатических узлах и миокарде. Выводится он с мочой (около 90%).

Бериллий принимает участие в поддержании иммунитета, в регуляции фосфорного обмена. Активность бериллия проявляется в ряде биохимических реакций, которые связанны с участием некоторых неорганических фосфатов.

Недостаток бериллия и его избыток

В организме человека содержание бериллия должно составлять не больше 0, 036 мкг. Активность ряда ферментов (аденозинтрифосфазы, щелочной фосфазы) может тормозиться, если имеет место быть дефицит бериллия в крови.

Повышенное содержание данного элемента в пище приводит к образованию фосфатов бериллия. Бериллий способен забирать фосфаты из важнейших частей костей, он замещает кальций, тем самым ослабляя костную ткань и способствуя ее разрушению. Экспериментально доказано, что введение данного элемента в организм животных может вызвать «бериллиевый» рахит. Даже при малых количествах бериллия в составе кости может привести к ее размягчению (бериллиоз). В области парентерального введения солей бериллия наблюдается разрушение близлежащих тканей, впоследствии бериллий вывести из организма практически невозможно, он начинает скапливаться в печени и скелете.

Согласно современным представления о бериллии, можно сказать, что данный элемент является токсичным, канцерогенным и мутагенным. Патогенное воздействие бериллия можно наблюдать в результате ингаляций в концентрациях, превышающих норму примерно в 2 раза. Соли бериллия оказывают угнетающее действие на активность некоторых ферментов. Хорошо изучены токсические свойства данного элемента. В патологии выделяют хронические и острые отравления бериллием. Вывод соединений бериллия, например, из лимфоидной ткани, происходит очень медленно, так бериллий может выводиться на протяжении 10 лет. Достаточно высокий уровень бериллия можно наблюдать в семьях, контактирующих с данным элементом на производстве.

К основным признакам повышенного содержания в организме бериллия относят:

• Всевозможные поражения кожи - эритемы, дерматоз;
• Поражение легких - саркоидоз, фиброз;
• Бериллиоз;
• Эрозии слизистых пищеварительного тракта;
• Литейная лихорадка;
• Развитие опухолей, аутоиммунных процессов;
• Нарушение функций печени, миокарда.

Для того, чтобы предупредить развитие патологий, вызываемых контактом с различными соединениями бериллия на производстве, необходимо придерживаться правил по технике безопасности (использование сменной одежды, респиратора), устранение воздействия на организм человека всевозможных раздражителей (холодный воздух, никотин, спреи). На определенных стадиях развития патологий может потребоваться смена работы.

Загрязнение окружающей среды этим металлом тоже связано с развитием промышленности, и притом самой современной - атомной. На предприятиях с большими мощными источниками атомной энергии (бериллий служит источником в атомных реакторах), на фабриках и в карьерах, где концентрация этого элемента достигает 0,01 мг на 1 м 3 воздуха, уже могут отмечаться признаки отравления. Различают три степени отравления: I - так называемая лихорадка литейщиков, проходящая через 24 или 48 ч; II - токсическое воспаление легких, появляющееся по прошествии даже нескольких лет; III - хроническое отравление, называемое бериллиозом, или промышленным легких. Статистика показывает, что на 100 таких отравлений бывает 10 смертельных случаев. Первый случай был отмечен уже в 1930 г., но тогда в 1 м 3 воздуха было всего лишь 25 мг бериллия.

Бериллий принадлежит к тем нерадиоактивным элементам, использование которых возросло за последние 20 лет примерно на 500 %, в то время как, например, бора - на 78 %, - на 50 %, меди - на 30 %, марганца - на 45 %, никеля - на 70 %, - на 44 %.

Потребность промышленности в этом элементе резко возросла, и это беспокоит врачей и диетологов, тем более что бериллий используется еще и в ракетных двигателях, причем не только в ракетах для исследований атмосферы, но и в военной технике. Известно, что в ракетах для исследований атмосферы используется несколько тони бериллия в год, а сколько в военной технике? В СССР уже с 1963 г. ищут материал, который мог бы заменить этот элемент.

Бериллий - редкий элемент на нашей планете - имеет много ценных свойств. Он очень легкий (в 4,5 раза легче железа) и при бомбардировке альфа-частицами становится богатым источником нейтронов. Энрико Ферми использовал препараты и бериллия в экспериментах, давших миру первый реактор.

Долгие годы бериллием вместе с цинком заполняли цветные уличные лампы с флюоресцирующим светом, оказавшиеся впоследствии вредными. Бериллий не ржавеет. И еще одно огромное преимущество: порошок бериллия, постоянно используемый в топливных смесях для ракет, при сгорании выделяет большое количество энергии.

Но один его недостаток перевешивает все его преимущества: он ядовит, притом даже в минимальных количествах. В большей степени он действует на женщин, иногда и мужчин губит.

Эксперименты на курах показали, что бериллий отравляет их смертельно. Если даже и появлялись цыплята из отравленных яиц, то это были уродцы с разными деформациями. А куры, отравленные бериллием, несли яйца большего размера, чем нормальные, как если бы хотели таким путем избавиться от яда.

БЕРИЛЛИЙ (Beryllium, Glucinium; Be ) - химический элемент II группы периодической системы элементов Д. И. Менделеева; обладает токсическим действием. Атомный номер 4, атмосферная масса 9,0122. Из шести радиоактивных изотопов практическое применение находят 7 Be с периодом полураспада 54 дня и 10 Be с периодом полураспада 2,5 10 6 лет. Бериллий - твердый хрупкий металл светло-серого цвета. На воздухе покрывается окисной пленкой, придающей ему матовый оттенок и предохраняющей от дальнейшего окисления. Плотность 1,85-1,86, t° пл 1280°, t° кип 2471-2970°. Открыт Вокленом (L. N. Vauquelin) в 1798 году. Содержание бериллия в земной коре 4 10 -4 вес.%. Основной минерал - берилл , разновидностями которого являются драгоценные камни изумруд и аквамарин. Следы 7 Be и 10 Be обнаружены в дождевой воде, снеге, морских отложениях, в атмосфере, где бериллий образуется в результате ядерных реакций, протекающих под действием космических лучей.

Бериллий в химических соединениях двухвалентен. С водой не взаимодействует. Растворяется в кислотах и растворах щелочей с образованием бериллатов (Be+2NaOH = Na 2 BeO 2 + H 2). Окись бериллия - BeO и гидрат окиси - Be(OH) 2 - белые порошки, нерастворимые в воде, обладающие амфотерными свойствами.

Металлический бериллий обладает высокой проницаемостью для рентгеновских лучей, вследствие чего его применяют для устройства «окон» в рентгеновских установках. В атомных реакторах бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов, служит источником нейтронов, которые испускает под действием альфа-частиц, гамма-лучей. Бериллий широко применяется в приборостроении, в авиационной и космической технике, главным образом в виде сплавов с другими металлами (медь, магний, алюминий).

Бериллий и его соединения очень ядовиты. Соли бериллия уже в концентрации 10-6 моль/л специфически ингибируют щелочную фосфатазу. Бериллий угнетает также аденозинтрифосфатазу и образование фосфора и аммиака при распаде нуклеиновых кислот. Экспериментальные исследования и клинические наблюдения свидетельствуют, что в основе механизма действия бериллия на организм лежит изменение белкового обмена, ведущее к нарушению деятельности отдельных ферментов и развитию аутоиммунного процесса. Несомненно также, что существенную роль в патогенезе заболевания играет и сенсибилизация организма соединениями бериллия.

ПДК бериллия и его соединений (в пересчете на бериллий) в воздухе рабочей зоны составляет 0,001 мг/мг.

Определение бериллия проводят люминесцентным или спектрографическим методом.

Профессиональные вредности

Высокая токсичность бериллия и его соединений обусловливает возможность случаев отравления им или его солями, например, при извлечении бериллия из руд, при получении сплавов, керамических изделий, при изготовлении рентгеновских трубок, флюоресцентных и неоновых ламп и т. д.

Картина отравления бериллия и его соединениями зависит от степени их дисперсности: пары и дымы более ядовиты и ведут к поражениям глубоких отделов дыхательных путей. По мнению некоторых исследователей, соединения бериллия нарушают проницаемость клеток, вызывая отек последних. Затем развивается некроз клеток с последующим разрастанием соединительнотканных элементов.

Основным путем проникновения бериллия и его соединений являются органы дыхания; депонируется бериллий в костях, легких, лимфатических узлах, печени, сердечной мышце и др. Выделение бериллия из организма происходит через кишечник, в меньшей степени через почки.

Острые формы отравления бериллием наблюдаются при вдыхании BeCl 2 , BeF 2 , BeS0 4 , Be(NO 3) 2 , фторокиси бериллия.

В ряде случаев острая интоксикация проявляется в виде заболевания типа литейной лихорадки (см.), в других случаях - в виде резкого раздражения слизистых оболочек дыхательных путей, конъюнктивы глаз. У больных наблюдаются ларингит, трахеит, а также бронхобронхиолит, которые протекают с высокой температурой и дыхательной недостаточностью. Нередко острый бронхобронхиолит сопровождается бронхоспазмом.

Клинические симптомы отравления стихают через 2-3 недели (иногда 2-3 месяца). Тяжесть клинического течения при отравлении фторидом бериллия (BeF 2) объясняют поражением не только слизистой оболочки бронхов и бронхиол, но и всей бронхиальной стенки с сопутствующим поражением перибронхиальной ткани. При повторной интоксикации заболевание протекает в более тяжелой форме. Наиболее частым осложнением является пневмония.

Отдаленными последствиями острого отравления являются развитие хронического токсического бронхита, пневмосклероза и бронхоэктазов.

Бериллиоз - профессиональная болезнь, вызываемая токсическим действием бериллия и его малорастворимых соединений - Be, BeO, Be(OH) 2 , может проявиться спустя несколько месяцев пли даже лет после прекращения работы с соединениями бериллия. Чем короче латентный период, тем тяжелее течение бериллиоза и выше смертность больных.

Смерть больных, страдающих бериллиозом, чаще всего наступает от пневмонии или сердечной недостаточности. Чаще всего бериллиоз развивается у рабочих при плавлении бериллия, при производстве сплавов и люминесцентных ламп и т. д. Ускоряют развитие или вызывают обострение болезни сопутствующие заболевания, хирургические вмешательства, беременность и др. Наблюдается общая слабость, потеря веса, одышка, кашель (вначале сухой, в последующем влажный), боли в грудной клетке. Уже в начальных стадиях бериллиоза наблюдаются нарушения сердечной деятельности, развивается легочное сердце, происходит дистрофия миокарда и т. д. Рентгенологически выявляются две основные формы бериллиоза: 1) интерстициальная - характеризуется более легким течением и относительно менее выраженным прогрессированием патологического процесса; 2) гранулематозная - характеризуется более тяжелой клинической симптоматикой и более быстрым прогрессированием. В начальных фазах развития множественные клеточные гранулемы в легких имеют небольшие размеры; они выявляются лишь на первично увеличенных рентгенограммах. В выраженных случаях появляются более крупные тени и отчетливо выявляемая перинодулярная эмфизема. По мере прогрессирования процесса на фоне этих изменений появляются грубые цирротические поля, перемежающиеся с крупнобуллезной эмфиземой. На рентгенограммах обнаруживаются плевральные сращения, в корнях легких нередко выявляются гиперплазированные лимфатические узлы.

Согласно существующей рабочей классификации бериллиоз делится на три стадии: I, II и III. В основу указанного деления наряду с характерными рентгено-морфологическими проявлениями положены преимущественно данные общеклинических исследований (см. Пневмокониозы).

Рис. 4. Бериллиевая гранулема в легком с большим полиморфизмом клеточных элементов и наличием гигантских клеток (окраска гематоксилин-эозином; х 100).]Рис. 4. Бериллиевая гранулема в легком с большим полиморфизмом клеточных элементов и наличием гигантских клеток (окраска гематоксилин-эозином; х 100).

При бериллиозе морфологические изменения характеризуются диффузным поражением обоих легких и плевры, распространенным гранулематозом и хроническим межуточным пролиферативным процессом, локализующимся в перегородках альвеол, под плеврой, перибронхиально, периваскулярно. Гранулемы - серовато-белого цвета, плотной консистенции, размером от 0,2 до 1,5 см. Гранулема состоит в основном из гистиоцитов, эпителиоидных клеток с примесью (главным образом по периферии) лимфоидных, плазматических и гигантских клеток типа клеток инородных тел (цветн. рис. 4-9). Гигантские клетки содержат кристаллические образования. В дальнейшем происходит созревание клеток гранулемы с появлением в ней фибробластов. Фибробласты начинают продуцировать коллагеновые волокна, и процесс завершается развитием на месте гранулемы соединительнотканного узелка, который нередко подвергается гиалинозу. В гранулемах обнаруживают типичные для Б. конхоидальные (раковинообразные) тельца диаметром от 2,5 до 10 мкм, которые могут образовывать скопления диаметром до 190 мкм. Иногда они располагаются в многоядерных гигантских клетках. Конхоидальные тельца окрашиваются гематоксилином в синий, сине-фиолетовый цвет, иногда дают положительную реакцию на железо, имеют вид флюоресцирующих голубоватых зерен при освещении ультрафиолетовыми лучами. Наряду с гранулематозом в межальвеолярных перегородках наблюдается диффузный пролиферативный процесс с наличием гистиоцитов, лимфоидных, плазматических клеток, фибробластов, заканчивающийся диффузным пневмосклерозом. Наблюдается бронхит, возможно развитие бронхоэктазов. Встречаются участки ателектаза и эмфиземы. В кровеносных сосудах могут иметь место эндартериит, эндофлебит, тромбозы. Описанные изменения в легких обычно приводят к развитию легочного сердца.

Гранулемы были найдены также в печени, селезенке, ночках, скелетных мышцах, миокарде, плевре, лимфатических узлах, главных бронхах и костном мозге. Возможно развитие гранулем в коже и подкожной клетчатке при проникновении бериллия через поврежденный покров.

Лечение больных при острой интоксикации растворимыми соединениями бериллия проводится по общим принципам профессиональных отравлений: этиологическому, патогенетическому и симптоматическому. Прежде всего необходимо возможно более быстрое прекращение дальнейшего контакта с патогенным агентом: удаляют пострадавшего из загазованного помещения, снимают загрязненную одежду, удаляют токсическое вещество с кожных покровов. При легко выраженных интоксикациях, развитие которых обусловлено прямым раздражающим действием растворимых соединений бериллия (хлористые, сернокислые, фтористые и др.) слизистых оболочек, конъюнктивы, дыхательных путей, целесообразно назначение аэрозольтерапии в виде щелочных ингаляций (2% раствор бикарбоната натрия) ежедневно в течение 10-15 дней, промывание конъюнктив 2% раствором бикарбоната натрия с последующим закапыванием в глаза 10% раствора сульфацила натрия; симптоматическая терапия (противокашлевые средства, спазмолитики). При острых интоксикациях средней и тяжелой степени (капиллярный бронхит, бронхиолит) рекомендуются ингаляции карбогена; назначение лекарственных препаратов бронхолитического и противовоспалительного действия (эуфиллин, аминофиллин, синтофиллин), антибактериальных средств (антибиотики и сульфаниламиды), антигистаминных препаратов. В случаях неэффективности различных бронхо-спазмолитлков при выраженных явлениях бронхоспазма рекомендуется применение средств, действующих на воспалительный компонент патологического процесса. Лучшими препаратами являются кортикостероиды (30-40 мг преднизолона в сутки в виде коротких курсов по 15-20 дней с постепенным снижением до минимальных доз).

Во всех случаях острой интоксикации лечение должно быть комплексным, необходимо в каждом отдельном случае строго индивидуально использовать сочетание тех или иных лекарственных препаратов. Также индивидуально следует решать вопрос и о дозировке препаратов и методе их введения. По ликвидации симптомов интоксикации рекомендуется санитарно-курортное лечение (средняя полоса Союза. Южный берег Крыма).

Для лечения гранулематозной формы бериллиоза, как и для лечения диффузных болезней соединительной ткани, широко применяются кортикостероиды. Лечение рекомендуется проводить курсами. Длительность одного курса 30-60 дней. Обычно проводится два курса в год. Назначаются средние терапевтические дозы (20-30 мг с постепенным снижением доз до минимальных). Наряду с кортикостероидами можно применять и цитостатические иммунодепрессанты (азотионрин и др.).

Профилактика должна быть направлена в первую очередь на герметизацию производственных процессов, правильную организацию системы вентиляции производственных помещений и очистку вентиляционных выбросов, применение средств индивидуальной защиты (спецодежда, респираторы и др.), предварительные осмотры лиц, поступающих на работу, и периодические медосмотры рабочих.

При диагностировании бериллиоза независимо от тяжести заболевания дальнейший контакт с бериллием должен быть немедленно прекращен (решение вопросов экспертизы трудоспособности проводится дифференцированно с учетом особенностей реакции организма и санитарно-гигиенических условии труда).

Положительная кожная проба с солями бериллия, указывающая на сенсибилизацию организма бериллия, является также противопоказанием к продолжению контакта с ним. Не рекомендуется дальнейший контакт с бериллием и его соединениями после перенесенной острой интоксикации этими веществами даже при полном выздоровлении, так как возможна сенсибилизация к указанным веществам.

Бериллий в судебно-медицинском отношении имеет значение при расследовании главным образом производственных отравлений; экспертное значение имеет лихорадочный синдром, подобный явлениям литейной лихорадки. При вскрытии трупа в легких наблюдают плотные узелки, эмфизему, расширение и гипертрофию правого сердца, в печени - набухание, некроз и жировое перерождение. В легких погибших обнаруживают до 78 мкг, в регионарных железах, печени, ночках, ребрах - до 138 мкг бериллия на 100 г ткани. При судебно-химическом исследовании производится обнаружение и определение бериллия в органах спектральным или химическим методами. Химическое исследование производится после экстракции с бериллоном II.

Библиография: Войнар А. И. Биологическая роль микроэлементов в организме животных и человека, М., 1960; Дарвин Дж. и Баддери Дж. Бериллий, пер. с англ., М., 1962, библиогр.; Розенберг П. А. Количественное определение бериллия в биологических средах, Лабо-рат. дело, № 4, с. 11, 1963; Уайт Д. и Берк Дж. Бериллий, пер. с англ., М., 1960, библиогр.; Шуберт Дж. Некоторые новые сведения по химии и биохимии бериллия, Усп. хим., т. 30, в. 4, с. 550, 1961; Эверест Д. А. Химия бериллия, пер. с англ., М., 1968, библиогр.

Профессиональные вредности - Акопов И. А. и д р. Безопасность труда при работе с бериллием и его сплавами, М., 1964; Алексеева О. Г. Экспериментальное изучение влияния сенсибилизации нуклеопротеидами легких на выраженность кожного теста Куртиса при бериллиозе, Гиг. труда и проф. заболев., jSft 9, с. 29, 1967; Бериллиоз, под ред. К. П. Молокано-ва и др., М., 1972, библиогр.; Васильева Е. В. Иммунологическая оценка модели экспериментального бериллиоза, Бюлл, Эксперим, биол, и мед., т. 67, ΛΓ» 3, с. 74, 1969; Гельфон И. А. и Орлова А. А. Некоторые клинико-биохимические параллели при бериллиозе, Клин, мед., т. 47, № 6, с. 73, 1969; Движков П. П. Пневмокониозы, М., 1965; Израэльсом 3. И., Могилевская О. Я. и Суворов С. В. Вопросы гигиены труда и профессиональной патологии при работе с редкими металлами, с. 78, М., 1973; Орлова А. А. Современное состояние вопроса о лечении бериллиоза, там же, т. 48, Л» 3, с. 140, 1970; Орлова А. А. и Розенберг П. А. Состояние окислительных процессов при выраженных формах бериллиоза, Гиг. труда и проф. заболев., № 4, с. 22, 1969; Andrews J.M., К a z е-ш i H. а. H а г d у H. L. Patterns of lung dysfunction in chronic beryllium disease, Amer. Rev. resp. Dis., v. 100, p. 791, 1969; Chiappino G., Cirla A. a. Vigliani E. C. Delayed-type hypersensitivity reactions to beryllium compounds, Arch. Path., v. 87, p. 131, 1969; Lie ben J. a. Williams R. R. Respiratory disease associated with beryllium refining and alloy fabrication, J. occup. Med., v. 11, p. 480, 1969.

A.А. Орлова, M.C. Толгская, A.А. Чумаков; A.H.Крылова (суд.), E.А. Максимюк (хим.).

Содержание статьи

БЕРИЛЛИЙ (Beryllium) Be – химический элемент 2 (IIa) группы Периодической системы Д.И.Менделеева. Атомный номер 4, относительная атомная масса 9,01218. В природе встречается только один стабильный изотоп 9 Be. Известны также радиоактивные изотопы бериллия 7 Be и 10 Be с периодами полураспада 53.29 дней и 1,6·10 6 лет, соответственно. Степени окисления +2 и +1 (последняя крайне неустойчива).

Бериллиесодержащие минералы известны с древности. Некоторые из них добывались на Синайском полуострове еще в 17 в. до н.э. Название берилл встречается у греческих и латинских (Beryll) античных писателей. Сходство берилла и изумруда отмечал Плиний Старший : «Берилл, если подумать, имеет ту же природу, что и смарагд (изумруд), или, по крайней мере, очень похожую» (Естественная история, книга 37). В Изборнике Святослава (1073) берилл фигурирует под названием вируллион.

Бериллий был открыт в 1798. Французский кристаллограф и минералог Рене Жюст Гаюи (Haüy René Just) (1743–1822), отметив сходство твердости, плотности и внешнего вида зеленовато-голубых кристаллов берилла из Лиможа и зеленых кристаллов изумруда из Перу, предложил французскому химику Никола Луи Воклену (Vauquelin Nicolas Louis) (1763–1829) проанализировать берилл и изумруд, чтобы узнать, не являются ли они химически идентичными. В результате Воклен показал, что оба минерала содержат не только оксиды алюминия и кремния, как было известно и раньше, но также и новую «землю», которая очень напоминала оксид алюминия, но, в отличие от него, реагировала с карбонатом аммония и не давала квасцов. Именно этими свойствами Воклен и воспользовался для разделения оксидов алюминия и неизвестного элемента.

Редакция журнала «Annakts de Chimie», опубликовавшего работу Воклена, предложила для открытой им земли название «глицина» за способность к образованию соединений, обладающие сладким вкусом. Известные химики Мартин Генрих Клапрот (Klaproth Martin Heinrich) (1743–1817) и Андерс Экеберг (Ekeberg Anders) (1767–1813) сочли это название неудачным, так как соли иттрия также имеют сладковатый вкус. В их работах «земля», открытая Вокленом, называется берилловой. Тем не менее, в научной литературе 19 в. для нового элемента долгое время использовали термины «глиций», «глициний» или «глюциний». В России до середины 19 в. оксид этого элемента называли «сладкоземом», «сладимой землей», «сладоземом» а сам элемент именовался глицинием, глицинитом, глицием, сладимцем

В виде простого вещества элемент, открытый Вокленом, впервые получил немецкий химик Фридрих Вёлер (Wöhler Friedrich) (1800–1882) в 1828, восстановливая хлорид бериллия калием:

BeCl 2 + 2K = Be + 2KCl

Независимо от него в этом же году тем же методом металлический бериллий был выделен французским химиком Антуаном Бюсси (Bussy Antoine) (1794–1882).

Общепринятым стало название элемента по имени минерала (латинское beryllus от греческого bhrnlloV), однако во Франции бериллий до сих пор называют глицинием.

Было установлено, что масса одного эквивалента бериллия равна примерно 4,7 г/моль. Однако сходство между бериллием и алюминием привело к существенному заблуждению относительно валентности и атомной массы бериллия. Долгое время бериллий считали трехвалентным с относительной атомной массой 14 (что примерно равно утроенной массе одного эквивалента бериллия 3 × 4,7). Лишь через 70 лет после открытия бериллия русский ученый Д.И. Менделеев пришел к выводу, что в его периодической таблице места для такого элемента нет, а вот двухвалентный элемент с относительной атомной массой 9 (приблизительно равной удвоенной массе одного эквивалента бериллия 2 × 4,7) легко размещается между литием и бором.

Бериллий в природе и его промышленное извлечение. Бериллий, как и соседние с ним литий и бор, относительно мало распространен в земной коре, его содержание составляет около 2·10 –4 %. Хотя бериллий и редкий элемент, но он не является рассеянным, так как входит в состав поверхностных залежей берилла в пегматитовых породах, которые последними закристаллизовались в гранитных куполах. Есть сообщения о гигантских бериллах длиной до 1 м и массой до нескольких тонн.

Известно 54 собственно бериллиевых минерала. Важнейший из них – берилл 3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 . У него много окрашенных разновидностей. Изумруд содержит около 2% хрома, придающего ему зеленый цвет. Аквамарин своей голубой окраской обязан примеси железа(II). Розовый цвет воробьевита обусловлен примесью соединений марганца(II), а золотисто-желтый гелиодор окрашен ионами железа(III). Промышленно важными минералами являются также фенакит 2BeO·SiO 2 , бертрандит 4BeO·2SiO 2 ·H 2 O, гельвин (Mn,Fe,Zn) 4 3 S.

Мировые природные ресурсы бериллия оцениваются более чем в 80 тыс. т (по содержанию бериллия), из которых около 65% сосредоточено в США, где основным бериллиевым сырьем является бертрандитовая руда. Ее подтвержденные запасы в США на месторождении Spur Mountain (шт. Юта), являющемся основным в мире источником бериллия, на конец 2000 составили примерно 19 тыс. т (по содержанию металла). Берилла в США очень мало. Из других стран наибольшими запасами бериллия обладают Китай, Россия и Казахстан. Во времена СССР бериллий на территории России добывался на Малышевском (Свердловская область), Завитинском (Читинская область), Ермаковском (Бурятия), Пограничном (Приморский край) месторождениях. В связи с сокращением ВПК и прекращением строительства атомных электростанций, его добыча была прекращена на Малышевском и Ермаковском и значительно сокращена на Завитимском месторождениях. При этом значительная часть добываемого бериллия продается за рубеж, в основном, в Европу и Японию.

По оценке Геологической службы США, мировая добыча бериллия в 2000 характеризовалась следующими данными (т):

Всего	356
США	255
КНР	55
Россия	40
Казахстан	4
Прочие страны	2

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического бериллия. По внешнему виду бериллий – серебристо-серый металл. Он очень твердый и хрупкий. Бериллий имеет две кристаллические модификации: a-Be имеет решетку гексагонального типа (что приводит к анизотропии свойств); решетка b-Be относится к кубическому типу; температура перехода составляет 1277° С. Бериллий плавится при 1287° С, кипит при 2471° С.

Это один из самых легких металлов (плотность равна 1,816 г/см 3). У него высокий модуль упругости, в 4 раза больший, чем у алюминия, в 2,5 раза превышающий соответствующий параметр титана, и на треть выше, чем у стали. Бериллий обладает наибольшей среди всех металлов теплоемкостью: 16,44 Дж/(моль К) для a-Be, 30,0 Дж/(моль К) для b-Be.

По устойчивости к коррозии во влажном воздухе бериллий, благодаря образованию защитного оксидного слоя, напоминает алюминий. Тщательно отполированные образцы долго сохраняют свой блеск.

Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В компактном виде он не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600° С. Порошок бериллия при поджигании горит ярким пламенем, при этом образуются оксид и нитрид. Галогены реагируют с бериллием при температуре выше 600° С, а халькогены требуют еще более высокой температуры. Аммиак взаимодействует с бериллием при температуре выше 1200° С с образованием нитрида Be 3 N 2 , а углерод дает карбид Ве 2 С при 1700° С. С водородом бериллий непосредственно не реагирует, и гидрид ВеН 2 получают косвенным путем.

Бериллий легко растворяется в разбавленных водных растворах кислот (соляной, серной, азотной), однако холодная концентрированная азотная кислота пассивирует металл. Реакция бериллия с водными растворами щелочей сопровождается выделением водорода и образованием гидроксобериллатов:

Be + 2NaOH (р) + 2H 2 O = Na 2 + H 2

При проведении реакции с расплавом щелочи при 400–500° С образуются диоксобериллаты:

Be + 2NaOH (ж) = Na 2 BeO 2 + H 2

Металлический бериллий быстро растворяется в водном растворе NH 4 HF 2 . Эта реакция имеет технологическое значение для получения безводного BeF 2 и очистки бериллия:

Be + 2NH 4 HF 2 = (NH 4) 2 + H 2

Бериллий выделяют из берилла сульфатным или фторидным способом. В первом случае концентрат сплавляют при 750° С с карбонатом натрия или кальция, а затем сплав обрабатывают концентрированной горячей серной кислотой. На образовавшийся раствор сульфата бериллия, алюминия и других металлов действуют сульфатом аммония. Это приводит к выделению большей части алюминия в виде алюмокалиевых квасцов. Оставшийся раствор обрабатывают избытком гидроксида натрия. При этом образуется раствор, содержащий Na 2 и алюминаты натрия. При кипячении этого раствора в результате разложения гидроксобериллата осаждается гидроксид бериллия (алюминаты остаются в растворе).

По фторидному способу концентрат нагревают с Na 2 и Na 2 CO 3 при 700–750° С. При этом образуется тетрафторобериллат натрия:

3BeO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 + 2Na 2 + Na 2 CO 3 = 3Na 2 + 8SiO 2 + Al 2 O 3 + CO 2

Затем выщелачивают растворимый фторобериллат водой и осаждают гидроксид бериллия при рН около 12.

Для выделения металлического бериллия его оксид или гидроксид сначала переводят в хлорид или фторид. Металл получают электролизом расплавленных смесей хлоридов бериллия и щелочных элементов или действием магния на фторид бериллия при температуре около 1300° С:

BeF 2 + Mg = MgF 2 + Be

Для получения заготовок и изделий из бериллия используют, в основном, методы порошковой металлургии.

Бериллий – легирующая добавка в медных, никелевых, железных и других сплавах. Способность бериллия увеличивать твердость меди была открыта в 1926. Сплавы меди с 1–3% бериллия назвали бериллиевыми бронзами. Сейчас известно, что добавка около 2% бериллия в шесть раз увеличивают прочность меди. Кроме того, такие сплавы (которые также обычно содержат 0,25% кобальта) имеют хорошую электрическую проводимость, высокую прочность и сопротивление износу. Они не магнитны, устойчивы к коррозии и находят многочисленные области применения в движущихся частях двигателей самолетов, точных инструментах, управляющих реле в электронике. Кроме того, они не искрят и поэтому широко применяются для изготовления ручного инструмента в нефтяной промышленности. Никелевый сплав, содержащий 2% бериллия, используется также для высокотемпературных пружин, зажимов, мехов и электрических контактов. Все большее значение приобретают бериллий-алюминиевые сплавы, в которых содержание бериллия достигает 65%. Они имеют широкий круг сфер использования – от авиакосмической промышленности до производства компьютеров.

С помощью бериллия улучшают качество поверхности деталей машин и механизмов. Для этого готовое изделие выдерживают в порошке бериллия при 900–1000° С, и его поверхность делается тверже, чем у лучших сортов закаленной стали.

Еще одна важная область применения бериллия – в ядерных реакторах, так как он является одним из наиболее эффективных замедлителей и отражателей нейтронов. Его используют и в качестве материала для окошек в рентгеновских трубках. Бериллий пропускает рентгеновские лучи в 17 раз лучше, чем алюминий и в 8 раз лучше, чем линдемановское стекло.

Смесь соединений радия и бериллия долгое время использовалась как удобный лабораторный источник нейтронов, образующихся по ядерной реакции:

9 Be + 4 He = 12 C + 1 n

В 1932 при использовании именно этой смеси английским физиком Джеймсом Чедвиком был открыт нейтрон.

В производстве металлического бериллия доминируют США (американская фирма «Brush Wellman», базирующаяся в Кливленде). Китай и Казахстан также имеют производственные мощности по выпуску металлического бериллия.

Потребление бериллия в США, где этот металл применяется больше всего, в 2000 составило примерно 260 т (по содержанию металла), из которых 75% использовалось в виде медно-бериллиевых сплавов для изготовления пружин, соединителей и переключателей, применяемых в автомобилях, летательных аппаратах и компьютерах. В течение 1990-х цены на медно-бериллиевые сплавы оставались стабильными и составляли примерно 400 долларов за килограмм бериллия, этот уровень цен сохраняется и сейчас.

По оценке компании «Roskill», мировой спрос на бериллий в 2001 резко снизился, в частности, за счет сокращения рынка телекоммуникационного оборудования, являющегося, вероятно, крупнейшей сферой потребления этого металла. Однако эксперты «Roskill» полагают, что в среднесрочной перспективе это снижение будет компенсироваться ростом спроса на медно-бериллиевую ленту со стороны производителей автомобильных электронных устройств и компьютеров. В более отдаленной перспективе, как ожидают, продолжится рост потребления медно-бериллиевых сплавов в производстве подводного телекоммуникационного оборудования, а также повысится спрос на трубы для нефтегазовой промышленности, в состав материала которых входит бериллий.

Маловероятно, что спрос на металлический бериллий заметно возрастет, поскольку цены на альтернативные материалы ниже, чем на бериллий, который является весьма дорогостоящим металлом. Так, в ряде сфер потребления альтернативными ему материалами могут служить графит, сталь, алюминий и титан, а вместо медно-бериллиевых сплавов может использоваться фосфорная бронза.

Соединения бериллия.

У бериллия, в отличие от других элементов 2 группы, нет соединений с преимущественно ионными связями, в то же время для него известны многочисленные координационные соединения, а также металлоорганические соединения, в которых часто образуются многоцентровые связи.

Вследствие малого размера атома бериллий почти всегда проявляет координационное число 4, что важно для аналитической химии.

Соли бериллия в воде быстро гидролизуются с образованием ряда гидроксокомплексов неопределенной структуры. Осаждение начинается при отношении OH – : Be 2+ > 1. Дальнейшее добавление щелочи приводит к растворению осадка.

Гидрид бериллия ВеН 2 был впервые получен в 1951 восстановлением хлорида бериллия с помощью LiAlH 4 . Он представляет собой аморфное белое вещество. При нагревании до 250° С гидрид бериллия начинает выделять водород. Это соединение умеренно устойчиво в воздухе и воде, но быстро разлагается кислотами. Гидрид бериллия полимеризован за счет трехцентровых связей ВеНВе.

Галогениды бериллия . Безводные галогениды бериллия нельзя получить реакциями в водных растворах вследствие образования гидратов, таких как F 2 , и гидролиза. Лучшим способом для получения фторида бериллия является термическое разложение (NH 4) 2 , а хлорид бериллия удобно получать из оксида. Для этого действуют хлором на смесь оксида бериллия и углерода при 650–1000° С. Хлорид бериллия можно также синтезировать прямым высокотемпературным хлорированием металлического бериллия или его карбида. Эти же реакции используются для получения безводных бромида и иодида.

Фторид бериллия – стекловидный материал. Его структура состоит из неупорядоченной сетки из атомов бериллия (КЧ 4), связанных мостиками из атомов фтора, и похожа на структуру кварцевого стекла. Выше 270° С фторид бериллия самопроизвольно кристаллизуется. Подобно кварцу, он существует в низкотемпературной a-форме, которая при 227° С переходит в b-форму. Кроме того, можно получить формы кристобалита и тридимита. Структурное сходство между BeF 2 и SiO 2 распространяется также на фторобериллаты (которые образуются при взаимодействии фторида бериллия с фторидами щелочных элементов и аммония) и силикаты.

Фторид бериллия – компонент фторобериллатных стекол и солевой смеси, используемой в ядерных реакторах на расплавленных солях.

Хлорид и другие галогениды бериллия можно рассматривать как полиядерные комплексные соединения, в которых координационное число бериллия равно 4. В кристаллах хлорида бериллия есть бесконечные цепочки с мостиковыми атомами хлора

Даже при температуре кипения (550° С) в газовой фазе содержится около 20% молекул димеров Be 2 Cl 4 .

Цепочечная структура хлорида бериллия легко разрушается слабыми лигандами, такими как диэтиловый эфир, с образованием молекулярных комплексов :

Более сильные доноры, такие так вода или аммиак, дают ионные комплексы 2+ (Cl –) 2 . В присутствии избытка галогенид-ионов образуются галогенидные комплексы, например 2– .

Оксид бериллия BeO встречается в природе в виде редкого минерала бромеллита.

Непрокаленный оксид бериллия гигроскопичен, адсорбирует до 34% воды, а прокаленный при 1500° С – лишь 0,18%. Оксид бериллия, прокаленный не выше 500° С, легко взаимодействует с кислотами, труднее – с растворами щелочей, а прокаленный выше 727° С – лишь со фтороводородной кислотой, горячей концентрированной серной кислотой и расплавами щелочей. Оксид бериллия устойчив к воздействию расплавленных лития, натрия, калия, никеля и железа.

Оксид бериллия получают термическим разложением сульфата или гидроксида бериллия выше 800° С. Продукт высокой чистоты образуется при разложении основного ацетата выше 600° С.

Оксид бериллия обладает очень высокой теплопроводностью. При 100° С она составляет 209,3 Вт / (м К), что больше, чем у любых неметаллов и даже у некоторых металлов. Оксид бериллия сочетает высокую температуру плавления (2507° С) при с незначительным давлением пара при температуре ниже этой. Он служит в качестве химически стойкого и огнеупорного материала для изготовления тиглей, высокотемпературных изоляторов, труб, чехлов для термопар, специальной керамики. В инертной атмосфере или вакууме тигли из оксида бериллия могут применяться при температурах до 2000° С.

Хотя оксид бериллия часто заменяют более дешевым и менее токсичным нитридом алюминия, в этих случаях обычно наблюдается ухудшение рабочих характеристик оборудования. Ожидают, что в более отдаленной перспективе продолжится стабильный рост потребления оксида бериллия, особенно в производстве компьютеров.

Гидроксид бериллия Be(OH) 2 осаждают из водных растворов солей бериллия аммиаком или гидроксидом натрия. Его растворимость в воде при комнатной температуре намного ниже, чем у его соседей по Периодической системе, и составляет всего лишь 3·10 –4 г л –1 . Гидроксид бериллия амфотерен, вступает в реакции как с кислотами, так и со щелочами с образованием солей, в которых бериллий входит в состав катиона или аниона, соответственно:

Be(OH) 2 + 2H 3 O + = Be 2+ + 2H 2 O

Be(OH) 2 + 2OH – = 2–

Гидроксокарбонат бериллия – соединение переменного состава. Образуется при взаимодействии водных растворов солей бериллия с карбонатами натрия или аммония. При действии избытка растворимых карбонатов легко образует комплексные соединения, такие как (NH 4) 2 .

Карбоксилаты бериллия . Уникальность бериллия проявляется в образовании устойчивых летучих молекулярных оксид-карбоксилатов с общей формулой , где R = H, Me, Et, Pr, Ph и т.д. Эти белые кристаллические вещества, типичным представителем которых является основный ацетат бериллия (R = CH 3), хорошо растворимы в органических растворителях, включая алканы, и нерастворимы в воде и низших спиртах. Их можно получить простым кипячением гидроксида или оксида бериллия с карбоновой кислотой. Структура таких соединений содержит центральный атом кислорода, тетраэдрически окруженный четырьмя атомами бериллия. На шести ребрах этого тетраэдра есть шесть мостиковых ацетатных групп, расположенных таким образом, что каждый атом бериллия имеет тетраэдрическое окружение из четырех атомов кислорода. Ацетатное соединение плавится при 285° С и кипит при 330° С. Оно устойчиво к нагреванию и окислению в нежестких условиях, медленно гидролизуется горячей водой, но быстро разлается минеральными кислотами с образованием соответствующей соли бериллия и свободной карбоновой кислоты.

Нитрат бериллия Be(NO 3) 2 при обычных условиях существует в виде тетрагидрата. Он хорошо растворим в воде, гигроскопичен. При 60–100° С образуется гидроксонитрат переменного состава. При более высокой температуре он разлагается до оксида бериллия.

Основный нитрат имеет аналогичную карбоксилатам структуру с мостиковыми нитрато-группами. Это соединение образуется при растворении хлорида бериллия в смеси N 2 O 4 и этилацетата с образованием кристаллического сольвата , который затем нагревают до 50° С, чтобы получить безводный нитрат Be(NO 3) 2 , быстро разлагающийся при 125° С на N 2 O 4 и .

Бериллиеорганические соединения . Для бериллия известны многочисленные соединения, содержащие связи бериллий–углерод. Соединения состава ВеR 2 , где R – алкил, являются ковалентными и имеют полимерную структуру. Соединение (CH 3) 2 Be имеет цепочное строение с тетраэдрическим расположением метильных групп вокруг атома бериллия. Он легко возгоняется при нагревании. В парах существует в виде димера или тримера.

Соединения R 2 Be самовоспламеняются на воздухе и в атмосфере диоксида углерода, бурно реагируют с водой и спиртами, дают устойчивые комплексы с аминами, фосфинами, эфирами.

Синтезируют R 2 Be взаимодействием хлорида бериллия с магнийорганическими соединениями в эфире или металлического бериллия с R 2 Hg. Для получения (C 6 H 5) 2 Be и (C 5 H 5) 2 Be используют реакцию хлорида бериллия с соответствующими производными щелочных элементов.

Предполагают, что соединения состава RBeX (Х – галоген, OR, NH 2 , H) представляют собой R 2 Be . BeX 2 . Они менее реакционноспособны, в частности, на них не действует диоксид углерода.

Бериллийорганические соединения используют как катализаторы димеризации и полимеризации олефинов, а также для получения металлического бериллия высокой чистоты.

Биологическая роль бериллия.

Бериллий не относится к биологически важным химическим элементам. В то же время, повышенное содержание бериллия опасно для здоровья. Соединения бериллия очень ядовиты, особенно в виде пыли и дыма, обладают аллергическим и канцерогенным действием, раздражают кожу и слизистые оболочки. При попадании в легкие могут вызвать хроническое заболевание – бериллиоз (легочная недостаточность). Заболевания легких, кожи и слизистых оболочек могут возникнуть через 10–15 лет после прекращения контакта с бериллием.

Считают, что токсичные свойства этого элемента связаны со способностью Be(II) замещать Mg(II) в магниесодержащих ферментах за счет его более сильной координационной способности.

Елена Савинкина