§ 1. Бериллий и магний
Бериллий принадлежит к числу довольно распространенных элементов: на его долю приходится около 0,001% от общего числа атомов земной коры. Содержание в последней магния составляет 1,4%, и элемент этот является, следовательно, одним из наиболее распространенных. Кроме различных минералов и горных пород, соединения магния постоянно содержатся в водах океана, а также в растительных и животных организмах.
Помимо многочисленных силикатов маг ния, этот элемент встречается на земной поверхности главным образом в виде углекислых минералов доломита (CaCO3 –MgCO3 ) и магнезита (MgCO3 ). Первый иногда образует целые горные хребты, второй также встречается в очень больших скоплениях. Под слоями различных наносных пород совместно с залежами каменной соли иногда находятся и легко–растворимые минералы Mg, из которых наиболее важен карналлит (КСl·MgCl2 ·6H2 O), служащий обычным исходным сырьем для получения металлического магния. Колоссальные запасы карналлита имеются в Соликамске, где этот минерал залегает пластами мощностью до 100 м. Значительно реже встречаются в природе минералы бериллия, важнейшим из которых является берилл [Ве3 Аl2 (SiO3 )6 или ЗВеО·Al2 O3·6SiO2 ].
1) Различно окрашенные примесями прозрачные разновидности берилла употребляются в качестве драгоценных камней. Сюда относятся зеленые изумруды, голубые аквамарины и др.
Получают Be и Mg в элементарном состоянии обычно путем электролиза их расплавленных хлористых солей. Оба они представляют собойбелые металлы, на воздухе довольно медленна покрывающиеся тонкой окисной пленкой, придающей им матовый вид. Их важнейшие константы сопоставлены ниже:
Серовато–белый бериллий довольно тверд и хрупок, серебристо–белый магний значительно мягче и пластичнее. Оба элемента (особенно Mg) находят значительное применение как самостоятельно, так и в виде сплавов с другими металлами.
2) Из сплавов магния чаще всего применяются «магналий» и «электрон». Первый представляет собой сплав Аl с 5–30% Mg, а под названием «электрон» понимаются сплавы, в которых магний является главной составной частью. Его ежегодная мировая выплавка составляет около 150 тыс. т.
3) Основное применение бериллия связано в настоящее время с использованием внутриатомной энергии. Выплавка его, составлявшая в 1935 г, около 500 г, теперь значительно выше.
При нагревании на воздухе Be и Mg сгорают до окисей ЭО. Они легко соединяются с галоидами, а при нагревании – также с серой и азотом. Реакции сопровождаются большим выделением тепла, причем магний реагирует, как правило, энергичнее бериллия.
Вода на бериллий не действует, так как металл покрывается защитной окисной пленкой. Магний лишь очень медленно реагирует с холодной водой, но при нагревании реакция заметно ускоряется. В разбавленных кислотах оба элемента легко растворяются. Во всех своих соединениях они двухвалентны.
Окиси бериллия и магния представляют собой весьма тугоплавкие белые порошки. В кислотах они легко растворимы. Окись бериллия растворяется также в сильных щелочах. С водой окиси ЭО соединяются, образуя гидроокиси Э(ОН)2 , причем реакции сопровождаются заметным выделением тепла.
4) Окись бериллия (как и сам металл) имеет большое значение для устано–. бок по использованию внутриатомной энергии. Получаемая прокаливанием природного магнезита окись магния является важным исходным продуктом для изготовления огнеупорных изделий, а также искусственных строительных материалов, в основе которых лежит т. н. магнезиальный цемен т. Последний получают смешиванием предварительно прокаленной окиси магния с 30%–ным водным раствором MgCl2 . Вследствие образования более или менее длинных цепей типа –Mg–О–Mg–О–Mg– (с гидроксилами или атомами хлора на концах) смесь через несколько часов дает белую, очень твердую массу.
Белые аморфные гидроокиси бериллия и магния очень мало–растворимы в воде. Растворенная часть Mg(OH)2 диссоциирована только по типу основания. Напротив, Ве(ОН)2 имеет амфо–терный характер и диссоциирует по суммарной схеме:
Be2+ + 2OH– <=> Be(OH)2
H2 BeO2 <=> 2H+ + BeO2 2–
Ввиду слабости кислотных свойств Ве(ОН)2 соли с анионом ВеО2 2– (бериллаты) в водном растворе сильно гидролизованы. Основные свойства Ве(ОН)2 выражены гораздо отчетливее кислотных, но все же значительно менее, чем у гидрата окиси магния, являющегося основанием средней силы. В соответствии со своим химическим характером Ве(ОН)2 растворяется и в сильных щелочах и в кислотах, a Mg(OH)2 – только в кислотах.
Большинство солей бериллия и магния хорошо растворимо в воде. Растворы содержат бесцветные ионы Э2+. Присутствие иона Mg2+сообщает жидкости горький, иона Be2+–сладкий, слегка вяжущий вкус. Соли Be заметно гидролизуются водой уже при обычных температурах, соли Mg и сильных кислот – лишь при нагревании растворов. Все соединения бериллия очень ядовиты.
По своему химическому характеру оба рассматриваемые элемента, в общем, похожи друг на друга, Основные различия между ними связаны со значительным увеличением ионного радиуса при переходе от Ве2+ (0,34 А) к Mg2+(0,78 А).