В периодической таблице Менделеева больше сотни элементов, и если часть из них у всех на слуху, взять хотя бы кислород или золото, то множество других имеют известность лишь в кругах химиков и физиков. И ладно бы речь шла о тяжёлых элементах, которые рождаются только в недрах ускорителей и живут считанные доли секунды, как например ливерморий, но даже в самом верху таблицы существует химическая терра инкогнита. Сегодня мы будем искать на страницах журнала всё, что так или иначе касается одного такого таинственного элемента, занимающего положение в таблице между литием и бором, – бериллия.


Бериллий – четвёртый по счёту элемент в периодической системе Менделеева. Фото: fdecomite/Flickr.com 

Заочно с этим элементом знаком каждый, кто читал «Волшебника Изумрудного города». Нет, герои сказочной повести Александра Волкова, к счастью, не имели никаких дел с бериллием – на их голову и без этого хватало опасных приключений. Тем не менее, один из ключевых элементов рассказа, изумруд – это не что иное, как форма алюмосиликата бериллия. Кстати говоря, если волшебнику Гудвину и удавалось водить за нос жителей изумрудного города, выдавая обычные стекляшки за драгоценные камни, то вот в реальности его аферу ждал бы мгновенный провал: можно с лёгкостью отличить фальшивый изумруд от настоящего с помощью рамановской и люминесцентной спектроскопии. Можно пойти ещё дальше и установить, в каком регионе планеты был добыт конкретный изумруд, правда для этого придётся уже изучить изотопный состав кислорода в образцах драгоценного камня. А информацию такой метод даёт очень интересную! Например, было установлено, что в ювелирных украшениях, изготовленных в Древнем Риме, использовались изумруды, добытые в Пакистане – совсем не ближний свет, даже по меркам нашего времени.


Неогранённый изумруд с трещиной. Фото: Kurt Bauschardt/Flickr.com

Но не только изотопы кислорода могут рассказать о бериллии – изотопы самого бериллия тоже способны поведать много интересного, например, помочь с датировкой древних останков. Дело в том, что для объектов, чей возраст превышает 50 000 лет, уже неприменим обычный радиоуглеродный метод датирования – это связано с довольно быстрым периодом полураспада изотопа углерода-14. Поэтому возраст останков устанавливают по косвенным признакам, что в итоге выливается в большую погрешность, где плюс-минус миллион лет – не такой уж плохой результат. Однако существует метод датировки, основанный на измерении концентрации изотопа бериллия-10 в образцах горной породы, окружающей погребённые останки. С помощью такого метода, разработанного профессором Дэррилом Грейнджером, удалось поставить точку в споре о том, какой из австралопитеков старше: Люси, чьи останки найдены в долине реки Аваш в Эфиопии, или Литлфут, кости которого были обнаружены в пещере Стеркфонтейн в ЮАР. Вердикт был однозначный: Литлфут оказался почти на полмиллиона лет старше Люси.


Австралопитек Люси (реконструкция). Фото: Peter/Flickr.com 

Есть ещё один интересный и немного настораживающий момент, связанный с изотопом бериллия-10. В 1987 году в глубинных пластах гренландского льда были обнаружены два слоя с необычно высоким содержанием бериллия-10. Одно из возможных объяснений этому открытию – вспышки сверхновых в относительной, по космическим меркам, близости от Земли. Возросший поток космических лучей высокой энергии увеличивает количество образующегося в атмосфере и вблизи поверхности бериллия-10, в результате чего изотоп накапливается в горных породах или льдах. Вспышки сверхновых считаются одной из потенциальных космических угроз для жизни на нашей планете, способных в буквальном смысле стерилизовать Землю.


SNR 0509-67.5 — остаток сверхновой, вспыхнувшей около 400 лет назад в галактике Большое Магелланово Облако. Фото: NASA, ESA, CXC, SAO, the Hubble Heritage Team (STScI/AURA), and J. Hughes (Rutgers University) / Flickr.com

Сами же космические лучи – это потоки элементарных частиц и ядер атомов, которые обладают огромными скоростями и огромной энергией. Среди ядер атомов, проносящихся сквозь космическое пространство, встречаются и ядра бериллия. Изучать космические лучи не так и просто. Попадая в атмосферу, высокоэнергетическая частица вызывает каскад вторичных частиц, поток которых уже можно регистрировать с поверхности. А чтобы изучать первичные космические лучи, приходится запускать измерительную аппаратуру в космос. Один из таких орбитальных экспериментов, стартовавших в 2006 году и продлившийся без малого девять лет, называется «PAMELA». Магнитный спектрометр и несколько типов детекторов позволили изучить изотопный состав лучей и источники их возникновения. А самое замечательное открытие, которое сделала ПАМЕЛА, это подтверждение гипотезы о существовании слоя из антиматерии в магнитосфере Земли.


Макет космического спутника «Ресурс-ДК1» с установленным детектором «PAMELA». Фото: Vlsergey/Wikimedia Commons

Перед тем как спуститься с космических высот на Землю, вспомним об одном масштабном проекте, который, правда, так и не был реализован. В 1973 году было начато исследование теоретической возможности постройки космического корабля для межзвёздного полёта. Спустя пять лет группа специалистов представила проект звездолёта, который по замыслу создателей был способен достичь звезды Барнарда за время чуть более 40 лет. Чтобы защититься от межзвёздной пыли, головную секцию корабля предлагалось спрятать за плоским экраном из бериллия толщиной 7 миллиметров. Алюминиево-бериллиевые сплавы, обладающие отличной прочностью, использовали в конструкции межпланетных станций «Венера», несколько из которых осуществили мягкую посадку на поверхность планеты. К сожалению, проект звездолёта так и остался проектом, да и к освоению космических просторов человечество заметно охладело.


Цветная фотография поверхности Венеры, переданная аппаратом «Венера-13» в 1982 году. Фото: НПО имени С.А. Лавочкина/NASA.gov

Побывав в космосе, обнаружив там летающие ядра бериллия и немного погрустив о кризисе космонавтики, всё-таки спустимся на Землю и посмотрим, где же тут ещё можно найти бериллий. В чистом виде этот металл, а бериллий – это самый настоящий металл, используют в качестве материала для элементов атомных реакторов и ускорителей. Например, на ускорительном комплексе DRIBs Лаборатории ядерных реакций в Дубне в результате бомбардировки ионами лития мишени из бериллия был получен поток необычных ядер гелия-6, у которого два дополнительных нейтрона находятся снаружи ядра.


Шар из металлического бериллия. Фото: Aatze78/Wikimedia Commons

Из бериллия или его сплавов можно изготовить не только детали космических аппаратов и запчасти для ускорителей. К примеру, бериллиевая бронза – сплав меди и бериллия используется для производства искробезопасных инструментов. Гаечные ключи или молотки из бериллиевой бронзы не дают искр при резком ударе, поэтому их можно использовать при работе с взрывоопасными средами. Так что, если вы увидите, что ключ для газового баллона стоит в несколько раз дороже обычного гаечного ключа, то не стоит сразу винить в этом маркетологов.


Переставной трубный ключ, изготовленный из бериллиевой бронзы. Фото: nicransby/Wikimedia Commons

Однако если бериллий такой прекрасный материал, то почему его используют на порядок реже, чем его близкого соседа по периодической таблице – алюминий? Помните, в самом начале мы вскользь сказали о том, что очень хорошо, что герои «Волшебника Изумрудного города» не имели дел с бериллием, и это было сделано совсем не случайно. Дело в том, что бериллий и его соединения очень токсичны для человека и животных, а вдыхание пыли, содержащей бериллий, приводит к крайне опасному заболеванию – бериллиозу. Поэтому без дополнительной защиты бериллиевыми инструментами мог пользоваться разве что Железный Дровосек, а вот Элли, Лев и Тотошка были бы вынуждены на приёме у Волшебника решать проблемы со здоровьем.


Респираторы, перчатки и спецодежда защищают космическую аппаратуру от биологических загрязнений, а рабочих от контакта с вредными материалами. На фото: работы с зеркалом из покрытого слоем золота бериллия, изготовленным для орбитального телескопа «Джеймс Уэбб».  Фото: NASA/Chris Gunn

Винить бериллий в его вредности, конечно же, не стоит – при грамотном использовании он может проявить свои лучшие качества, а они у него, безусловно, имеются. Вполне возможно, что время этого элемента ещё просто не наступило, и он, как в своё время литий, просто ждёт своего звёздного часа. И нам только предстоит узнать, будет ли это звездолёт с бериллиевым экраном или что-то совершенно иное.

Автор: Максим Абаев