БЕРИЛЛИЙ ОЛОВО
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Бери ллий — элемент главной О лово (лат. Stannum; обозначается подгруппы второй группы, символом Sn) — элемент второго периода периодической главной подгруппы четвёртой системы химических элементов группы, пятого периода Д. И. Менделеева, с атомным периодической системы номером 4. Обозначается химических элементов символом Be (лат. Beryllium). Д. И. Менделеева, с атомным Высокотоксичный элемент. номером 50. Относится к группе Простое вещество бериллий — лёгких металлов. При относительно твёрдый металл нормальных условиях простое светло-серого цвета, имеет вещество олово — пластичный, весьма высокую стоимость ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристобелого цвета. Олово образует две аллотропические модификации: ниже 13, 2 °C устойчиво α-олово (серое олово) с кубической решёткой типа алмаза, выше 13, 2 °C устойчиво β-олово (белое олово) с тетрагональной кристаллической решеткой
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ Бери ллий был открыт в 1798 году Л. Н. Вокленом в виде берилловой земли (оксида Ве. О), когда этот французский химик выяснял общие особенности химического состава драгоценных камней берилла и изумруда. Металлический бериллий был получен в 1828 году Ф. Велером в Германии и независимо от него А. Бюсси во Франции. Однако из-за примесей его не удавалось сплавить. Лишь в 1898 году французский химик П. Лебо, подвергнув электролизу двойной фторид калия и бериллия, получил достаточно чистые металлические кристаллы бериллия. Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл российский химик И. В. Авдеев (1818 — 1865). Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав Be. O, а не Be 2 O 3, как считалось. Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов бронзы, изобретённой в конце или середине III тысячелетия до н. э. . Поскольку бронза являлась наиболее прочным из известных в то время металлов и сплавов, олово было «стратегическим металлом» в течение всего «бронзового века» , более 2000 лет (очень приблизительно: 35— 11 века до н. э. ).
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ Бериллий применяется для легирования сплавов, в рентгенотехнике, ядерной энергетике, лазерной и аэрокосмической технике, ракетном топливе, и как огнеупорный материал. Олово используется в основном как безопасное, нетоксичное, коррозионностойкое покрытие в чистом виде или в сплавах с другими металлами. Главные промышленные применения олова — в белой жести (лужёное железо) для изготовления тары пищевых продуктов, в припоях для электроники, в домовых трубопроводах, в подшипниковых сплавах и в покрытиях из олова и его сплавов. Важнейший сплав олова — бронза (с медью). Другой известный сплав — пьютер — используется для изготовления посуды. Используется для создания сверхпроводящих проводов на основе интерметаллического соединения Nb 3 Sn.
ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Бериллий — относительно твердый, но хрупкий металл серебристо-белого цвета. На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой Be. O. Простое вещество олово полиморфно. В обычных условиях оно существует в виде бета-модификации (белое олово), устойчивой выше 13, 2°C. Белое олово — это серебристо-белый, мягкий, пластичный металл. При охлаждении, например, при морозе на улице, белое олово переходит в альфамодификацию (серое олово).
ОСНОВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Ковалентный радиус 90 пм Радиус иона 35 (+2 e) пм Электроотрицательность 1. 57 (шкала Полинга) Электродный потенциал − 1, 69 В Степени окисления 2; 1 Энергия ионизации (первый электрон) 898, 8 (9, 32) к. Дж/моль (э. В) Ковалентный радиус 141 пм Радиус иона (+4 e) 71 (+2) 93 пм Электроотрицательность 1, 96 (шкала Полинга) Электродный потенциал -0, 136 Степени окисления +4, +2 Энергия ионизации (первый электрон) 708, 2 (7, 34) к. Дж/моль (э. В)
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТА Среднее содержание бериллия в земной коре 3, 8 г/т и увеличивается от ультраосновных (0, 2 г/т) к кислым (5 г/т) и щелочным (70 г/т) породам. Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах — пегматитах и пневматолитогидротермальных телах. Содержание бериллия в морской воде чрезвычайно низкое — 6· 10− 7 мг/л. Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47 -е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2· 10− 4 до 8· 10− 3 % по массе.
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ БЕРИЛЛИЯ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ПО П. А. ВИНОГРАДОВУ Порода Каменные метеориты (хондриты) Содержание Ве (г/т) 3, 6*10 -4 Ультраосновные (дуниты) 2*10 -4 Основные (базальты, габбро) 4*10 -5 Средние (диориты, андезиты) 1, 8*10 -4 Кислые (граниты, гранодиориты) 5, 5*10 -5 Осадочные (глины, сланцы) 2 части кислых + 1 часть основных 3*10 -4 3, 8*10 -4
ДИАГРАММА РАСПРОСТРАНЕННОСТИ
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ОЛОВА В ГОРНЫХ ПОРОДАХ ПО А. П. ВИНОГРАДОВУ Порода Содержание Sn Метеориты 1 • 10 -4 Ультраосновные 5 • 10 -5 Основные 1, 5 • 10 -4 Средние - Кислые 3 • 10 -4 Осадочные 1 • 10 -3 2 части кислых + 1 часть основных 2. 5 • 10 -4
РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ ЭЛЕМЕНТА
ОСНОВНЫЕ МИНЕРАЛЫ-НОСИТЕЛИ Известно 59 минералов бериллия: преобладают силикаты (34) и фосфаты (12), мало боратов (3) и оксидов (7), арсенатов (2), карбонатов (1), но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл Al 2 Be 3[Si 6 O 18], хризоберилл Be. Al 2 O 4, бертрандит Be 4[Si 2 О 7](ОH)2, фенакит Be 2[Si. O 4], гельвин Mn 8[Be. Si. O 4]6 S 2, даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл. Известно 77 минералов олова. Преобладают халькогениды. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) Sn. O 2, содержащий до 78, 8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu 2 Fe. Sn. S 4 (27, 5 % Sn). Кроме этого отмечаются франкеит Pb 5 Sn 3 Sb 2 S 14, герценбергит Sn. S, берндтит Sn. S 2, тиллит Pb. Sn. S 2 и кестерит Cu 2 Zn. S 4.
ПОВЕДЕНИЕ В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ В геохимических процессах бериллий ведет себя как типично литофильный элемент. Концентрируется в кислых породах и щелочных пегматитах (берилл), также в некоторых углях. Слабое накопление в глинах Геохимические барьеры бериллия: сорбционный, карбонатный. Элемент слабо подвижный в любой геохимической обстановке. Большое влияние оказывает F, который образует с Be устойчивые комплексы типа (Be. F 4)2–, (Be. F 3)1–, (Be. F 2), (Be. F)+. Фтор – главный экстрактор и переносчик бериллия в магматогенных (особенно гидротермальных) месторождениях. Геохимические барьеры олова: кислородный, механический. Элемент слабо подвижный в любой обстановке.
ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ Основная масса бериллия в магматических породах связана с плагиоклазами, где бериллий замещает кремний. Однако наибольшие его концентрации характерны для некоторых тёмноцветных минералов и мусковита (десятки, реже сотни г/т). Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах — пегматитах и пневматолито-гидротермальных телах. В кислых пегматитах образование значительных скоплений бериллия связано с процессами альбитизации и мусковитизации. В пегматитах бериллий образует собственные минералы, но часть его (ок. 10 %) находится в изоморфной форме в породообразующих и второстепенных минералах (микроклине, альбите, кварце, слюдах, и др. ). В щелочных пегматитах бериллий устанавливается в небольших количествах в составе редких минералов: эвдидимита, чкаловита, анальцима и лейкофана, где он входит в анионную группу. Постмагматические растворы выносят бериллий из магмы в виде фторсодержащих эманаций и комплексных соединений в ассоциации с вольфрамом, оловом, молибденом и литием. Рассеянная форма; конкретная форма нахождения олова в этом виде неизвестна. Здесь можно говорить об изоморфно рассеянной форме нахождения олова вследствие наличия изоморфизма с рядом элементов (Ta, Nb, W — с образованием типично кислородных соединений; V, Cr, Ti, Mn, Sc — с образованием кислородных и сульфидных соединений). Если концентрации олова не превышают некоторых критических значений, то оно изоморфно может замещать названные элементы. Механизмы изоморфизма различны. Минеральная форма: олово установлено в минералах-концентраторах. Как правило, это минералы, в которых присутствует железо Fe+2: биотиты, гранаты, пироксены, магнетиты, турмалины и т. д. Эта связь обусловлена изоморфизмом, например по схеме Sn+4 + Fe+2 → 2 Fe+3. В оловоносных скарнах высокие концентрации олова установлены в гранатах (до 5, 8 вес. %) (особенно в андрадитах), эпидотах (до 2, 84 вес. %) и т. д.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ БЕРИЛЛИЯ 1) бериллоносные гранитные пегматиты, среднее содержание Ве. О 0, 05— 0, 09%; 2) гельвиновые и хризоберилловые скарны, характеризующиеся значительными масштабами и низким содержанием Ве. О (0, 1— 0, 15%); 3) фенакит-гентгельвиновые щелочные метасоматиты, представленные зонами микроклинизации в древних гранитах и гнейсах (0, 3— 0, 55% Ве. О); 4) бериллсодержащие грейзены и кварцевожильные образования (0, 1— 0, 15% Ве. О); 5) бериллсодержащие флюорит-слюдистые метасоматиты, представленные минерализованными зонами дробления в различных осадочно-метаморфических породах (0, 1— 0, 16% Ве. О); 6) бертрандит-фенакитсодержащие флюоритовые метасоматиты в известняках на контакте мелких куполов гранитов или граносиенитов, наиболее богатый тип руд (0, 2— 1, 5% Ве. О); 7) гельбертрандитсодержащие измененные риолиты (0, 7% Ве. О). В СССР известны месторождения Б. р. почти всех перечисленных типов. За рубежом месторождения Б. р. сосредоточены в США (штат Юта, Колорадо, Невада, Южная Дакота), Бразилии, Аргентине, Мексике, ЮАР, Намибии (ЮЗА), Мозамбике, Южной Родезии, Уганде, Малагасийской Республике, Индии.
ОСНОВНЫЕ ТИПЫ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОЛОВА Формация оловоносных гранитов. Касситерит установлено в акцессорной части гранитов. Форрмация редкомеиальных гранитов. Это граниты литионит-амазонит-альбитового типа (апограниты по А. А. Беусу). Касситерит в акцессорной части вместе колумбит-татнатлитом, микролитом и пр. Формация оловоносных пегматитов. Оловянная минерализация характерна для Be-Li-, Be-Ta, F-Li- типов. Формация полевошпат-кварц-касситеритовая. Выделена Ив. Ф. Григорьевым. Это кварцполевошпатовые жилы с касситеритом и др. Минералами. Формация кварц-касстеритовая. Распространена на СВ СССР. Это жильные зоны, грейзены с кварцем, мусковитом, вольфрамитом, касситеритом и др. Формация касситерит-силикатно-сульфидная с турмалиновым и хлоритовым типами. Одна из основных продуктивных формаций Приморья Российской Федерации. Формация касситерит-сульфидная. Также основная оловопродуктивная формация. В ней выделяют основные типы: штокверковое олово-вольфрамовое оруденение; рудные тела квар-касситерит-арсенопиритового типа; продуктивные кварцевые жилы сульфидно-касситерит-хлоритового типа; Формация оловянно-скарновая. Формация деревянистого олова (риолитовая формация). Формация основных и ультраосновных пород (по И. Я. Некрасову) Формация щелочных пород Украины(по В. С. Металлиди, 1988).
ЛЮБОПЫТНЫЕ ФАКТЫ: - «Оловянная чума» — одна из причин гибели экспедиции Скотта к Южному полюсу в 1912 г. Она осталась без горючего из-за того, что оно просочилось через запаянные оловом баки, поражённые «оловянной чумой» , названной так в 1911 г. Г. Коэном. - Некоторые историки указывают на «оловянную чуму» как на одно из обстоятельств поражения армии Наполеона в Российской Федерации в 1812 г. — сильные морозы привели к превращению оловянных пуговиц на мундирах солдат в порошок. - «Оловянная чума» погубила многие ценнейшие коллекции оловянных солдатиков. Например, в запасниках питерского музея Александра Суворова превратились в труху десятки фигурок — в подвале, где они хранились, лопнули зимой батареи отопления.
