Берилій

Соединения берилію в вигляді коштовного каміння були з вестны ще давнини. З давніх-давен люди шукали і разраба тывали родовища аквамаринів, смарагдів і берилів. Є дані у тому, що ще у період Єгипетських фараонів разрабатывавлись смарагдові копальні в Аравійської пустелі. Однак у кінці 18 століття хіміки запідозрили, що у бер риллах є якась новий невідома елемент. У 1798 року французький хімік Воклен виділив із берилла окис «La terree du beril », відрізнялася від окису алюмінію. Ця окис прида валу солей солодкий смак, не утворювала квасцов, розчинялася в розчині карбонату амонію і осаджувалася оксалатом чи тартратом калію. Металевий берилій уперше по лучен в 1828 року відомим німецьким ученим Велером і водночас французьким ученным Блюссеном, який одержав поро шок металевого берилію відновленням хлористого берил лія металическим калієм.

Промислове отримання берилію почалося лише у 20-х роках нашого століття. До сорокових років масштаби произ водства застосування берилію були великі. Проте якщо з відкриттям властивостей берилію, що зумовили його використання в атомної енергетики попит нею сильно зріс. Що у своє чергу призвела до розвитку дослідницьких мереж і геолого-розвідувальних робіт у цій области.

1. Хімічні і химико-физические властивості бериллия.

Берилій (Be) — має атомний номер 4 і атомний вагу 9.0122. Він перебуває у другому періоді періодичної системи та очолює головну підгрупу 2 групи, у якому також входять магній, кальцій, стронцій, барій і радій. Електронна структура атома берилію 1s 2s. На зовнішньої оболчке вона має два електрона, що притаманним елементів цієї групи. Електронна структура зовнішньої оболонки іона кожного з цих елементів з зарядом +2 відповідає електронної структурі інертного газу з атомним номером на дві одиниці менше номери аналізованого елемента. Берилій речовина сіро-сталевого кольору; при кімнатної температурі металличес київ берилій має щільно упаковану гексагональную решіт ку, таку решітці магнію. Атомний (металевий) радіус берилію дорівнює 1.13 А. Збільшення і заряду ядра при сохраненнии конфігурації електронних оболонок служить причиною різкого зменшення атомної та іонного радіусів берилію проти сусіднім літієм. Після відриву валентных електронів атом берилію про роззує іон типу шляхетних газів, й має, подібно літію, всього одну електронну оболонку, але характеризується значи тельно меншими розмірами і компактністю. Істинний іонний радіус берилію — 0,34 А є найменшим серед металів. Потенціали іонізації у берилію рівні (відповідно для першого, другого, третього і четвертого електронів) I1−9,28; I2−18,12; I3−153,1; I4−216,6 еВ. На кривою потенціалів іона зации берилій займає одне з чільних місць. Останнє відповідає його малому радіусу і характеризує берилій елемент особливо охоче який чи свої електрони, що насамперед виявляє міру хімічної активності елі мента. Той самий чинник має вирішальне значення в освіту тієї чи іншої типу хімічного зв’язку при з'єднання берилію коїться з іншими елементами. З погляду электроотрицательности берилій поряд з алюмінієм може расматриваться як типовий перехідний елемент між электроположительными атомами металів, легко віддають свої електрони, і типовими комп лексообразователями, мають тенденцію до утворення кова лентной связи.

У нейтральних розчинах гидроокилы берилію дисоциируют по схеме:.

2+_.

+ 2 Be + OH = Be (OH) = H BeO = 2H + [BeO ].

2 2 2.

У лужних розчинах, містять атоми лужних элемен тов, здійснюється можливість виникнення більш міцної ковалентної зв’язок між аніоном і атомом амфотерного элемен та. Відбувається освіту комплексу, міцність що його першу чергу визначається концентрацією елементів з низьким значенням электроотрицательности, тобто лугів. Берилій цих умовах поводиться як комплексообразователь.

У кислих розчинах, що характеризуються високої концентра цией водневого іона, елементи з низьким значення электроот рицательности, подібні бериллию, можуть перебуває у формі вільних, позитивно заряджених іонів, тобто. є ка тионами.

Властивості основности елемента, як відомо характеризу ются також велечиной ионого потенціалу w/r, що висловила енергію силовим полем іона. Як слід було очікувати, малень київ іон берилію відрізняється великою ионого пітний циала, рівної 5,88.

Отже, по характеру своїх хімічних властивостей, повністю визначених особливостями будівлі електронних про лочек атома, берилій належить до типовим амфотерным елі ментам.

Металевий берилій розчиняється в соляної і разбав ленній азотної кислоті, соціальній та водних розчинах гидрооки цей натрію і калію із водню й утворенням бе риллатов з загальної формулою М Ве Про .

Найцікавіше з погляду можливої погляду можливої роль природних процесах представляють галоидные і карбонатні сполуки. Фтористий і хлористий берилій є стійкі сполуки, дуже добре раст воримые в воді. Обидва вони широко легкоплавки (температура плавлення фтористого берилію 577, хлористого берилію 405) і відноси тельно легко сублимируются. У той самий час нейтральний карбо нат берилію майже нерозчинимо у воді й є дуже неп рочным соединением.

У слабко лужної і кислої середовищі у присутності визначено ного кількості электроположительных атомів лужних метав лови притаманним берилію є освіту комплек сов типу:

3 У цьому все комплекси берилію є малопрочными сполуками, що потенційно можуть існувати лише у визначено ных інтервалах лужності розчинів. Отже на підставі загального огляду хімічних властивостей берилію можна дійти такі предваритель ные висновки, що характеризують можливу роль різних соеди нений берилію в геохимической історію цього роду елемента. 1) в умовах істотно кислої середовища при низькою кін центрации в розчинах электроположительных атомів лугів берилій, імовірніше всього, може мігрувати у вигляді прек расно розчинних і легко-летучих галоидных сполук фторидів і хлоридів; 2) в слабокислой і лужної середовищах у присутності дроста точного кількості электроположительных атомів лугів мить рація берилію може здійснюватися у формі разлчных комп лексных бериллатов, які мають різну стійкість в заваи симости від характеру середовища; 3) істотно лужне середовище деяких випадках він може сприяти міграції берилію в формі бериллатов чи карбонатбериллатов, легко зруйнованих при зниженні лужності розчину; 4) міграція розчинних у питній воді сполук берилію може здійснюватися як і істинних, і у надкритических раст злодіїв, оскільки сполуки, розчинні в рідкої воді, ліг до розчиняються й у надкритической фазі води, даючи ненасы щенные такими сполуками розчини; Закінчуючи характеристику окремих властивостей берилію, без уважного аналізу яких навряд чи возжможно правильно його минералогию і зрозуміти особливості поведінки у природних процесах, слід зазначити, що властивості мно гих сполук берилію, цікавих в геохимическом отноше нді, вивчені цілком недостаточно.

2. Поширення і мінералогія бериллия.

Берилій незважаючи на малий іонний номер належить до ред кім елементам. Зміст їх у земної корі оцінюється в настящее період від 6*10^-4 до 2*10^-4. Таку малу распрост раненность Ве пояснюють її спроможністю взаємодіяти з протонами і нейтронами високих енергії. На користь цього объ яснения свідчить те, що берилію мало в атмосфері сонця і зірок, а міжзоряному просторі, де умови для ядерних реакції несприятливі його кількість різко віз стане. Але поруч із процесом безперервного розпаду його ато мов, також у результаті численних ядерних реакциим іде процес новоутворення його изотопов.

4. Берилій має сенс тільки один стійкий ізотоп, але окрім неї також відомі ізотопи з безліччю 7,8,9,10. Ізотопи бериллия.

Зміст ізотопів берилію в метеоритах підтверджують гіпотезу космічної дефіцитності берилію. Однак у окремих метеоритах відзначається зміст берилію близьке до його середньому змісту в земної коре.

Для виведення середнього змісту берилію в земної корі був використано велике кількість середніх об'єднаних проб систематично відібраних з різних магматическим масивам. На підставу цих даних був вирахувано кларк берилію, який виявився дорівнює 3.5* 10^-4.

При формування земної кори берилій переймався в залишкової магмі у її затвердіння. Таке концентрування в залишкових магматичних породах має значення, оскільки завдяки йому елемент виявляється доступнішою, ніж можна було б очікувати враховуючи його малу поширеність в земної коре.

У природі мінерали берилію утворюються у дуже різних умовах, коли вони присутні переважають у всіх типах мінеральних родовищ, крім власне магматичних. У цьому на ибольшее число бериллиевых мінералів відомо в пегматитах. Нині у природі відомо 40 мінералів берилію, вивчених здебільшого дуже мало. Переважна більшість бериллиевых мінералів є ред кими або дуже рідкісними і відомі є лише одна чи двох родовищах земної кулі. Розподіл бериллиевых мінера вилов по класам хімічних сполук дуже нерівномірний і визначається лиофильностью його атома за повної відсутності халькофильности. Головну роль серед мінералів грають силікати 65% від загальної кількості мінералів, менше значення мають окисли і фосфати. Сульфіди серед мінералів берилію відсутні повністю, що підкреслює лиофильность цього елемента. .

5 Розподіл бериллиевых мінералів по классам.

3. Геохімія бериллия.

У геохімічних процесах берилій поводиться як типич але литофильный елемент. За класифікацією Перельмана берилій належить до слабко мигрирующим элементам.

При розгляд поширення берилію в магматичес ких гірських породах, треба сказати, що берилій не накап ливается над ультроосновных, над основних магмах, присутс твую у яких в багато разів менших кількостях, ніж його середнє кларк в земної коре.

Отже геохимическая історія берилію в земної корі повністю пов’язані з історією освіти кислих і щелоч ных магм, заключающих у понад 95% атомів берилію. У цьому особливості поведениЯ берилію у процесах кристаллиза ции кислих і лужних магм визначаються першу чергу ге охимической специфікою цих істотно відмінних друг від друга процессов.

Незначна зміст берилію в гранітному розплаві позов лючает можливість освіту індивідуалізованих берил лиевых мінералів. У той самий час отсутсвие в розплаві високо валентных катионів, які б компенсувати вхожде ние берилію в кристалическую грати силікатів, утрудняє і обмежує захоплення берилію породообразующими мінералами гранітів. Таким чином, обмежений розсіювання берилію продукти головною фази кристалізації гранітній магми призводить до його нагромадженню продукти кінцевої стадії кристалли зации. Особливо різке, стрибкоподібне збагачення пізніх магматичних продуктів бериллием, очевидно, проходить у процесі кристализации кварцу гранітів, мало при нимающего берилію на свій грати. З цією процесом пов’язано поява на пізніх стадіях формування гранитнов распла ввв, еманації і розчинів, в різної стадії збагаченої бериллием. Подальша доля цих утворень, визначаю щаяся загальними закономірностями становлення конкретного магма тического вогнища і геохимической спецификацией, вкрай по-різному образна.

Сліди їхньої діяльності ми бачимо широко распространне ных процесах мусковитизации і грейзенизации гранітів, коли у процесі зміни гранітів концентрації берилію возрас тане в два разу проти кількістю в биотитовых та інші гарнитов, не порушених процесом мусковитизации. Найяскравіше ці процеси протікають у процесі образова ния постматических родовищ берилію, що призводять до про разованию родовищ містять багато тисяч тонн цього елемента. Найвищу можливе содержаниме берилію, присутс вующего в ролі изоморфной домішки в мінералах гранітів може становити 15−20 *10^-4%. Кілька підвищену розсіювання берилію спостерігається в гранітах з підвищеним зміст рідкісних земель. Зупиняючись на особливостях поведінки берилію в ще лочгых магмах слід наголосити такі чинники, вли яющие долю берилію у тих процесах: 1) високий кларк рідкісних земель 2) тривале участь высоковалентных катионів в процес сах минералообразования 3) підвищена лужність середовища Наведені фактори полегшують изоморфный захоплення берилію у процесі кристализации породообразующих елементів, препятс вуя концентрації берилію. Незважаючи, істотно вищу зміст берилію порівняно з середнім кларком літосфери, найбільш типовою особливістю його поведінки в лужних породах є розсіювання. Поява концентрації берилію в лужних породах очікується у процесі перерозподілу берилію у процесі ши рокомасштабной альбитизации порід, містять підвищену до личество берилію. Геохимическая історія берилію в пегматитовом процесі може бути яскравим прикладом послемагматической концентраци їй рассеяного елемента. Накапливась з розвитком пегматитового процесу після формування зон графічного і среднезернистого пегматита, і виділення великих мономинеральных блоків микроклин-перти тов, берилій концентрується в залишкових збагачених льоту чими порцій пегматитового расплава-раствора. Нарешті вп ределенный момент, зазвичай відповідальний закінчення формування великих мономинеральных блоків, за умов сильного пересы щения кремнієм, накопичення натрію і летючих компонентів поч инается формування головного бериллиевого мінералу граніт ных пегматитов — берилла, триваючого на стадії пневмато;

7 лито-гидротермальных замещений.

У період формування пегматитов особливості концентрації та міграції берилію тісно пов’язані з поведінкою летючих складових частин пегматитового расплава-раствора. Така зв’язок чітко проявляється у освіту найвищих концентрацій бериллиевых мінералів, у апікальних ділянках пегматитовых тіл.

У обстановці відносно високій концентрації лугів, властивій аналізованого періоду формування пегматитов, соціальній та присутності галоидов і вуглекислоти, граю щих роль активних экстракторов-минерализаторов, перенесення берилію здійснено у формі рухливих комплексних сполук типу хлорбериллатов, фторбериллатов і карбонат берилла то целочных металів мігруючих в процесі формування пегматита в надкритических, а пізніше у водних розчинах у центральні частини пегматитовых тіл і в верхні горизонти пегматитовой ін'єкції. Отже, при перенесення берилію в формі мобільних комплексних галоидных чи карбонатних сполук з лужними металами випадання берилію в тверду фазу як бериллие вых мінералів можна видати за складного процесу розпаду рухливих сполук берилію і зв’язування їх у формі працю але розчинних силикатах берилію і алюмінію. Вирішальне значення, очевидно, має зміна режиму кислотно-щелочности розчинів у бік зростання рН, і навіть появи рідкої фази М Про, легко що викликає гідроліз таких нетривких сполук, як хлорбериллаты та інших. Роль осадителя берилію теж відіграє фосфор, утворюючий з бериллием ряд стійких у звичайних гидротермальных умовах минералов.

У скарнах висока концентрація фтору, при порівняно низькою концентрації лугів призводить до переносу берилію як фторидів і фторбериллатов. У цьому важливого значення в зменшення міграційної здібності берилію має увеличе ние значення pH минералообразующего розчину, що відбувається під впливом зв’язування атомів фтору кальцієм які вміщали по род.

Геохимическая історія берилію в мезоі эпитермальном процесі вивчена слабко, проте наявність концентрації берил лія, пов’язаних із порівняно низькотемпературними карбонат ными жилами, а також присутність бериллиеввых мінералів, у жилах альпійського типу говорить про досить широкому диапазо на її міграції в гидротермальных условиях.

У жильних утвореннях, формування яких відбувався за обстновке високої концентрації карбонат іона, перенесення бе риллия здійснювався в карбонатної форме.

Особливості міграції берилію у сфері гипергенеза изу чены ще досить. У цьому треба сказати те що, більшість бериллиевых мінералів, які мають значний поширення, дуже стійко стосовно агентам хи мического вивітрювання. Всі ці мінерали у процесі выветри вания содержщих їх порід піддаються переважно механичес кому руйнації, рассеяваясь у процесі ерозії з обломочным матеріалом. Незначний питому вагу мінералів берилію перешкоджає освіті россыпных родовищ берилію. У бокситах відзначається незначне збільшення концент рації берилію, як цього можна було б очікувати, враховуючи подібність берилію і алюмінію. У глинах у зв’язку з високим іонним потенціалом бериллия.