Berilliy (lot. Beryllium, kimyoviy belgisi Be) — D. I. Mendeleyev davriy jadvalining 2-guruhi (eski tasnifda IIA) va 2-davriga mansub s-element. Atom raqami — 4.

Oddiy modda sifatida berilliy — och kulrang, nisbatan qattiq, lekin mo‘rt metall bo‘lib, metall jilosi bor. Juda zaharli; berilliy va uning birikmalari kanserogen (IARC tasnifi bo‘yicha 1-guruh; saraton chaqirishi isbotlangan).

Berilliyning polikristalli bo‘lagi. Tozaligi >99%.

Asosiy xossalar

Ko‘rsatkich	Qiymat
Kimyoviy belgisi	Be
Atom raqami	4
Atom (molyar) massasi	9,012182 g/mol
Elektron konfiguratsiya	1s² 2s²
Kovalent radius	~90 pm
Ion radiusi (Be²⁺)	~35 pm
Elektrmanfiylik (Poling)	1,57
Oksidlanish darajalari	0, +2
1-ionlanish energiyasi	898,8 kJ/mol (~9,32 eV)
Zichligi (n.u.)	1,848 g/sm³
Eritilish harorati	1551 K (1278 °C)
Qaynash harorati	3243 K (2970 °C)
Eritish issiqligi	12,21 kJ/mol
Bug‘lanish issiqligi	309 kJ/mol
Mol. issiqlik sig‘imi	16,44 J/(K·mol)
Kristall panjara	Geksagonal (a≈2,286 Å; c≈3,584 Å; c/a≈1,567)
Debay harorati	~1000 K
Issiqlik o‘tkazuvchanligi (300 K)	~201 W/(m·K)
CAS RN	7440-41-7

Tarix

• 1798-yil: fransuz kimyogari Lui Nikola Voklen (Louis Nicolas Vauquelin) yangi elementni aniqlaydi va glyutsiy (glycium; qadimgi yunoncha γλυκύς — «shirin») deb ataydi — suvda eruvchan ayrim birikmalarning «shirin ta’mi» sabab.
• Nomlanish: keyinchalik nemis kimyogari M. G. Klaprot va shved kimyogari A. G. Ekebarg element uchun hozirgi «berilliy» nomini taklif etadi.
• I. V. Avdeyev (rus kimyogari) berilliy birikmalari tarkibini chuqur o‘rganib, berilliy oksidi BeO formulasi BeO ekanini (avval noto‘g‘ri Be₂O₃ deb qaralgan) isbotlaydi.
• 1828-yil: fransuz Antuan Byussi va mustaqil ravishda nemis Fridrix Völer berilliyni erkin holda ajratib olishga muvaffaq bo‘ladilar.
• 1898-yil: fransuz fizik Pol Lebo (Paul Lebeau) eritmalar elektrolizi orqali toza metal berilliyni oladi.

Nomining kelib chiqishi

Berilliy nomi qadimgi yunoncha βήρυλλος so‘zidan kelib chiqqan berill (Be₃Al₂Si₆O₁₈ — berilliy va alyuminiy silikat) mineraliga borib taqaladi. Atama Hindiston janubidagi Belur (Vellur) shahri nomi bilan bog‘liq; qadimdan bu hudud zumrad konlari bilan mashhur bo‘lgan (zumrad — berillning yashil navidir). Suvda eruvchan ayrim berilliy tuzlarining «shirin» ta’mi tufayli element dastlab «glyitsiy» nomi bilan ham yuritilgan.

Berilliyning kelib chiqishi (kosmokimyoviy)

Birlamchi hamda yulduzlararo nukleosintez (nucleosynthesis) jarayonlarida berilliyning faqat yengil, beqaror izotoplari paydo bo‘ladi. Barqaror ⁹Be izotopi esa yulduzlar ichida ham, yulduzlararo muhitda ham kosmik nurlar zarbalari (og‘ir yadro parchalanishi) natijasida hosil bo‘lishi mumkin. Yer atmosferasida radioaktiv ¹⁰Be doimiy ravishda kislorod yadrolarining kosmik nurlar bilan parchalanishi oqibatida paydo bo‘ladi.

Koinotda berilliy nisbatan kamyob: u yulduz ichidagi oddiy yadro reaksiyalarida ko‘p miqdorda sintezlanmaydi. Asosiy manba — o‘ta yangi yulduz portlashlari chog‘ida tezkor zarralar oqimi og‘ir yadrova moddalarning spallasiyasi (parchalanishi). Quyoshda kuzatiladigan berilliy konsentratsiyasi taxminan 10⁻¹ (milliardga 0,1 qism) atrofida.

Yer po‘stida o‘rtacha miqdori 2–6 ppm; o‘rtacha tarkib 3,8 g/t bo‘lib, ultraasosiy jinslardan (0,2 g/t) kislota jinslarigacha (5 g/t) va ishqorli jinslargacha (70 g/t) ortib boradi. Magmatik jinslarda berilliy asosan plagioklazlarda kremniyni izomorf tarzda almashlab joylashadi. Eng yuqori konsentratsiyalar ayrim to‘q rangli minerallar va muskovitda uchraydi (o‘nlab, ba’zan yuzlab g/t).

Ishqorli jinslarda berilliy ko‘pincha tarqalgan bo‘lsa-da, kislotali granitoidlarning postmagmatik mahsulotlarida — pegmatitlar va pnevmatolit-gidrotermal tanalarda to‘planishi mumkin. Kislota pegmatitlarda yirik berilliy konlari albitlanish va muskovitlanish jarayonlari bilan bog‘liq. Berilliy o‘z minerallarini hosil qiladi, ammo qisman izomorf holatda ham tosh hosil qiluvchi minerallarda (mikroklin, albit, kvarts, slyuda va b.) bo‘lib turadi. Ishqorli pegmatitlarda berilliy kam miqdorda kamyob minerallar tarkibida (masalan, evdidimit, chk alovit, analtsim, leykofan) uchraydi — u yerda u hatto anion guruh tarkibiga kiradi.

Postmagmatik eritmalar berilliyni magmadan ko‘pincha f torli emanasiyalar va kompleks birikmalar ko‘rinishida (volfram, qalay, molibden, litiy bilan assotsiatsiyada) olib chiqadi.

Dengiz suvida berilliyning miqdori nihoyatda past: taxminan 6×10⁻⁷ mg/l.

Konlar va tarqalish georafiyasi

Berilliyning 30 dan ortiq o‘z minerallari ma’lum, lekin sanoat uchun muhimlari asosan berill va bertrandit. Qimmatbaho tosh sifatidagi navlari: akvamarin (ko‘k-yashil gamutlar), zumrad (to‘q yoki yorqin yashil), geliador (sariq), shuningdek boshqa ranglar (to‘q ko‘k, pushti, qizil, och ko‘k, rangsiz va h.k.). Rang — turli aralashmalarga bog‘liq.

Mu him konlar Braziliya, Argentina, Afrika mamlakatlari, Hindiston, Qozog‘iston, Rossiya (Buryatiyadagi Yermakov koni, Sverdlovsk viloyatidagi Malishev koni, Murmansk viloyatining sharqiy va janubi-sharqiy qismidagi pegmatitlar) va boshqalarda uchraydi. Bertrandit esa ayniqsa AQShda, Yuta shtatida keng tarqalgan.

Izotoplar

Tabiiy berilliy faqat bitta izotopdan iborat — ⁹Be. Qolgan izotoplari (⁷Be, ¹⁰Be va h.k.) beqaror; ular ichida eng uzoq yashovchilari — ¹⁰Be (yarim yemirilish davri ≈ 1,4 mln yil) va ⁷Be (≈ 53 kun).

Fizik xossalari

• Tusi: kumushsimon oq (metall jiloli).
• Qattiqligi: 5,5 (Moos shkalasi) — yengil metalllar (Al, Mg)dan qattiqroq.
• Mo‘rt.
• Elastiklik moduli: ~300 GPa (po‘latlarda 200–210 GPa).
• Tovush tezligi: ~12 600 m/s (ko‘pgina metallardan 2–3 baravar yuqori).
• Issiqlik o‘tkazuvchanligi yuqori; erish harorati katta.

Berilliy shari

Kimyoviy xossalari

Berilliy uchun xos oksidlanish darajalari — 0 va +2. +1 oksidlanish darajasi vakuumda berilliy oksidi (BeO) tigellarida berilliyning bug‘lanishi jarayonlari tadqiqotida, komproportsiyalanish (comproportionation) natijasida uchuvchan Be₂O oksidining hosil bo‘lishi orqali qayd etilgan.

Be + BeO → Be₂O

Ko‘plab kimyoviy xossalari bo‘yicha berilliy Mendeleyev jadvalida uning to‘g‘ridan-to‘g‘ri ostida joylashgan magniydan ko‘ra alyuminiyga ko‘proq o‘xshaydi (bu «diagonal o‘xshashlik» hodisasi).

Metallik berilliy xona haroratida nisbatan sust reaksiyaga kirishadi, chunki havoda u tezda barqaror BeO oksid pardasi bilan qoplanadi. Zich (kompakt) holatda u suv va suv bug‘i bilan hatto qizil cho‘g‘ haroratida ham reaksiyaga kirishmaydi va 600 °C gacha havoda oksidlanmaydi. Berilliy kukuni yoqilganda yorqin alanga bilan yonadi; bunda oksid va nitrid hosil bo‘ladi. Galogenlar 600 °C dan yuqori haroratda berilliy bilan reaksiyaga kirishadi, xalkogenlar esa bundan ham balandroq haroratni talab qiladi. Ammiak 1200 °C dan yuqori haroratda berilliy bilan o‘zaro ta’sir qilib Be₃N₂ nitridini hosil qiladi, uglerod esa 1700 °C da Be₂C karbidini beradi. Vodorod bilan berilliy bevosita reaksiyaga kirishmaydi .

Berilliy suyultirilgan mineral kislotalarning (masalan, xlorid va sulfat kislotalar) suvli eritmalarida, shuningdek qizdirilganda nitrat kislotada oson eriydi; ammo sovuq konsentrlangan nitrat kislotasi metallni passivlaydi.

Berilliyning ishqorlarning suvli eritmalari bilan reaksiyasi vodorod ajralishi va gidroksoberillatlarning hosil bo‘lishi bilan kechadi:

Tenglama:
Be + 2 NaOH + 2 H₂O → Na₂[Be(OH)₄] + H₂

Ishqorning 400–500 °C dagi eritmasi (eritmasi/eritilgan holati) bilan olib borilganda berillatlar hosil bo‘ladi:

Tenglama:
Be + 2 NaOH → Na₂BeO₂ + H₂

Berilliy(II) gidroksidi amfoter bo‘lib, ham asosiy (Be²⁺ hosil bo‘lishi), ham kislotali ([Be(OH)₄]²⁻ hosil bo‘lishi) xossalari sust ifodalangan. U berilliyning suvli tuz eritmalaridan ammiak bilan cho‘ktirish yo‘li bilan olinadi.

Olish

XIX asrda berilliy suvsiz BeCl₂ga kaliy ta’sir ettirib olingan:

BeCl₂ + 2 K → Be + 2 KCl

Hozirda asosiy usul — berilliy ftoridni magniy bilan qaytarish:

BeF₂ + Mg → Be + MgF₂

Shuningdek, BeCl₂–NaCl aralashmasi eritmasining elektrolizi qo‘llanadi. Dastlabki berilliy tuzlari berilliy rudalarini qayta ishlashda ajratib olinadi.

Ishlab chiqarish va qo‘llanilishi

Legirlash (qotishmalar)

Berilliy, asosan, turli qotishmalarga legirlovchi qo‘shimcha sifatida ishlatiladi: u qotishmalarning qattiqligi va mustahkamligini oshiradi, bu qotishmalardan tayyorlangan buyumlar yuzasining korroziyaga chidamliligini kuchaytiradi. Amaliyotda berilliy bronzalari (masalan, BeB turi) keng tarqalgan bo‘lib, ulardan prujinali kontaktlar tayyorlanadi. Po‘latga 0,5 % berilliy qo‘shish qizil lovullash temperaturalarigacha elastikligini saqlaydigan prujinalar tayyorlash imkonini beradi; bunday prujinalar milliardlab sikl katta yuklamalarga chiday oladi. Bundan tashqari, berilliy bronza tosh yoki metallga urilganda uchqun chiqarmaydi. Ba’zi qotishmalar randol (рандоль) deb ataladi; oltinni eslatuvchi ko‘rinishi sabab “lo‘li oltini” deb ham nomlanadi.

Rentgen texnikasi

Berilliy rentgen nurlanishini juda kam yutadi. Shu sababli u rentgen trubkalarining oyna (chiqish oynasi) qismlarini, shuningdek rentgen va keng diapazonli gamma-detektorlar uchun kirish oynalarini tayyorlashda qo‘llanadi — nurlanish shu oynalar orqali detektorga erkin o‘tadi.

Yadro energetikasi

Atom reaktorlarida berilliydan neytron reflektorlari tayyorlanadi, u neytronlarni sekinlashtiruvchi (moderator) sifatida ham ishlatiladi. Ayrim α-radioaktiv nuktidlar bilan aralashmalarda berilliy ampula turidagi neytron manbalarida qo‘llanadi; bunda ⁹Be yadrolarining α-zarralar bilan o‘zaro ta’siri natijasida neytronlar hosil bo‘ladi:

⁹Be + α → n + ¹²C

Berilliy oksidi (BeO) ham, metall berilliy bilan bir qatorda, neytronlarni sekinlashtirish va qaytarishda yanada samarali hisoblanadi; shu sababli uran(IV) oksidi bilan aralashmada yadro yoqilg‘isi sifatida qo‘llanadi. Berilliy ftoridi (BeF₂) esa litiy ftoridi (LiF) bilan qotishmada issiqlik tashuvchi va uran, plutoniy, toriy tuzlari uchun erituvchi sifatida yuqori haroratli suyuq-tuzli reaktorlarda ishlatiladi.

Bundan tashqari, BeF₂ kichik neytron oqimlarini boshqaruvchi maxsus shisha tayyorlashda ham qo‘llanadi. Bunday shishaning eng texnologik va sifatli tarkibi quyidagicha ko‘rsatiladi: BeF₂ — 60 %, PuF₄ — 4 %, AlF₃ — 10 %, MgF₂ — 10 %, CaF₂ — 16 %.

Aviakosmik texnika

Berilliy asosidagi konstruksion materiallar yengillik, mustahkamlik va yuqori temperaturaga chidamlilikni birlashtiradi. Alyuminiydan 1,5 baravar yengil bo‘lgan ayrim berilliy qotishmalari bir qator maxsus po‘latlardan ham mustahkamroq. Berillidlar (beryllides) ishlab chiqarilishi yo‘lga qo‘yilgan; ular raketa va samolyot dvigatellari hamda qoplamalarida, shuningdek atom texnikasida konstruksion material sifatida qo‘llanadi.

Berilliy va uning qotishmalari “Apollon” dasturi uskunalarini loyihalashda ham qo‘llanilgan; xususan, inert gaz ionlarini tutuvchi konteynerlar va SNAP‑27 radioizotop energiya qurilmalari uchun issiqlikdan himoyalovchi ekranlarda.

Astronomiya: berilliy oynalar (ko‘zgular)

Astronomlar uchun berilliy ko‘zgular alohida qiziqish uyg‘otadi. Yengil va o‘lcham barqaror panjarali tayanch konstruktsiyali katta maydonli ko‘zgular, masalan, meteorologik sun’iy yo‘ldoshlarda qo‘llanadi. Jeyms Uebb kosmik teleskopining asosiy ko‘zgusi oltin qoplangan berilliydan tayyorlangan 18 ta olti burchakli segmentdan iborat; teleskop 33 K da ishlaydi va bunday haroratlarda berilliy shishaga qaraganda kamroq siqiladi va deformatsiyalanadi, bir jinsliligini yaxshiroq saqlaydi. Spitzer kosmik teleskopining optikasi ham to‘liq metall berilliydan qurilgan.

Raket yoqilg‘isi

Metall berilliyning yuqori zaharliligi va qimmatliligi sabab, umumiy toksikligi hamda narxi ancha past berilliy saqlovchi yoqilg‘ilarni aniqlash bo‘yicha izlanishlar olib borilgan; bunday birikmalardan biri — berilliy gidridi (BeH₂).

O‘ta issiqqa chidamli materiallar

Berilliy oksidi (BeO) barcha oksidlar ichida eng yuqori issiqlik o‘tkazuvchanlikka ega; xona haroratida u ko‘pgina metallardan va deyarli barcha nometalllardan (faqat olmos va kremniy karbididan tashqari) yuqori issiqlik o‘tkazuvchanlik ko‘rsatadi. Shu tufayli BeO yuqori issiqlik o‘tkazuvchi, yuqori haroratga chidamli izolyator sifatida laboratoriya tigellari va boshqa maxsus holatlarda qo‘llanadi.

Berilliy oksidi 99,9% (mahsulot).

Katta adron kollayderi (BAK)

Kuchoklar to‘qnashuvi nuqtalarida joylashgan vakuum trubasi berilliydan yasalgan: u to‘qnashuvlarda hosil bo‘ladigan zarralar bilan deyarli o‘zaro ta’sirlashmaydi (detektorlar aynan shu zarralarni ro‘yxatga oladi), shu bilan birga yetarlicha mustahkam.

(Qo‘shimcha) Ishlab chiqarish geografiyasi va hajmlari

2012-yil holatiga ko‘ra berilliyning asosiy ishlab chiqaruvchilari: AQSh (katta farq bilan) va Xitoy; bundan tashqari, Qozog‘iston ham berilliy rudalarini qayta ishlaydi. 2014-yilda Rossiya ham berilliyning birinchi namunalarini ishlab chiqardi. 2016-yilda dunyoda umumiy 300 tonna atrofida berilliy ishlab chiqarilgan.

Biologik rol va fiziologik ta’sir

Inson ratsioni bilan berilliyning kunlik kirishi taxminan 0,01 mgni tashkil qiladi. Tirik organizmlarda berilliyning muhim biologik vazifasi aniqlanmagan. Biroq u ayrim fermentlar tarkibida magniy ionlarini almashtirib, ularning faoliyatini buzishi mumkin.

Berilliy fitotoksik: fosfatazalar faoliyatini allaqachon 2–16 mg/l kontsentratsiyalarda susaytiradi — bu ildizlarning rivojlanmasligi va xiralashgan barglar ko‘rinishida namoyon bo‘ladi. Gidrobiontlar uchun LD₅₀ taxminan 15–32 mg/l diapazonda.

Berilliyning toksik ta’siri uning huja yadrolariga kirishi bilan bog‘liq bo‘lib, bu gen mutatsiyalari, xromosoma aberratsiyalari va opash xromatid almashinuvi (sister chromatid exchange)ni keltirib chiqaradi. Shuningdek, berilliy ionlari magniy, kalsiy, marganets ionlari bilan raqobat reaksiyalariga kirishib, ular faollashtiradigan fermentlarni bloklaydi.

Uchuvchan (va eruvchan) berilliy birikmalari, jumladan berilliy birikmalari saqlovchi chang odamlar uchun juda zaharli. Havodagi berilliyning yo‘l qo‘yiladigan maksimal kontsentratsiyasi (PDK) — 0,001 mg/m³ (berilliyga qayta hisoblangan holda). Berilliy aniq allergik va kanserogen ta’sirga ega. Berilliy saqlovchi havoni nafasga olish o‘pka kasalligi — berillioz (berylliosis)ga olib keladi. Shu bilan birga, berilliyning ko‘payish funksiyasi va homila rivojlanishiga ta’siri aniqlanmagan.