Бериллий Олово Общие сведения Бери́ллий — элемент главной

Бериллий Олово

Общие сведения Бери́ллий — элемент главной подгруппы второй группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 4. Обозначается символом Be (лат. Beryllium). Высокотоксичный элемент. Простое вещество бериллий — относительно твёрдый металл светло-серого цвета, имеет весьма высокую стоимость О́лово (лат. Stannum; обозначается символом Sn) — элемент главной подгруппы четвёртой группы, пятого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 50. Относится к группе лёгких металлов. При нормальных условиях простое вещество олово — пластичный, ковкий и легкоплавкий блестящий металл серебристо-белого 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 Бери́ллий был открыт в 1798 году Л. Н. Вокленом в виде берилловой земли (оксида ВеО), 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 BeO, а не Be2O3, 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 Nb3Sn.

Основные физические характеристики Бериллий — относительно твердый, но хрупкий металл серебристо-белого цвета.На воздухе активно покрывается стойкой оксидной плёнкой BeO. 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 альфа-модификацию (серое олово).

Основные химические свойства Ковалентный радиус 90 пм Радиус иона 35 (+2e) пм Электроотрицательность 1.57 (шкала Полинга) Электродный потенциал −1,69 В Степени окисления 2; 1 Энергия ионизации (первый электрон) 898,8 (9,32) кДж/моль (эВ) Ковалентный радиус 141 пм Радиус иона (+4e) 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) кДж/моль (эВ)

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 пневматолито-гидротермальных 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

Диаграмма распространенности

Распространенность олова в горных породах по А.П. Виноградову

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 Al2Be3[Si6O18], хризоберилл BeAl2O4, бертрандит Be4[Si2О7](ОH)2, фенакит Be2[SiO4], гельвин Mn8[BeSiO4]6S2, даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл. Известно 77 минералов олова. Преобладают халькогениды. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO2, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu2FeSnS4 (27,5 % Sn). Кроме этого отмечаются франкеит Pb5Sn3Sb2S14, герценбергит SnS, берндтит SnS2, тиллит PbSnS2 и кестерит Cu2ZnSnS4.

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 (BeF4)2–, (BeF3)1–, (BeF2), (BeF)+. 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 → 2Fe+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 ВеО 0,05—0,09%; 2) гельвиновые и хризоберилловые скарны, характеризующиеся значительными масштабами и низким содержанием ВеО (0,1—0,15%); 3) фенакит-гентгельвиновые щелочные метасоматиты, представленные зонами микроклинизации в древних гранитах и гнейсах (0,3—0,55% ВеО); 4) бериллсодержащие грейзены и кварцевожильные образования (0,1—0,15% ВеО); 5) бериллсодержащие флюорит-слюдистые метасоматиты, представленные минерализованными зонами дробления в различных осадочно-метаморфических породах (0,1—0,16% ВеО); 6) бертрандит-фенакитсодержащие флюоритовые метасоматиты в известняках на контакте мелких куполов гранитов или граносиенитов, наиболее богатый тип руд (0,2—1,5% ВеО); 7) гельбертрандитсодержащие измененные риолиты (0,7% ВеО). 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 кварц-полевошпатовые 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.