«Принцы» и «нищие» в царстве минералов

Синтетические изумруды и александриты — не только ювелирные камни. Они оказались незаменимыми в квантовой электронике, нелинейной оптике. Изумруд используется в СВЧ-усилителях, резонаторных мазерах, работающих в диапазоне 3 см, а также для мазеров бегущей волны, применяемых в астрономических исследованиях. Выращивают кристаллы размером до 120 мм с заданными оптическими характеристиками.

Однако практическое значение и ценность бериллов не ограничиваются драгоценными кристаллами. Призматические шестигранные кристаллы бериллов прозрачны или полупрозрачны, хорошо образованы и имеют размеры от микроскопических до нескольких метров. Как силикатный минерал, берилл растворяется только в плавиковой кислоте. К сожалению, несмотря на высокую твердость, все бериллы очень хрупкие.

В современной технике большую ценность приобрел непрозрачный берилл, скромный брат роскошных самоцветов, важнейшее сырье для получения металла — бериллия.

В 1798 г. при химическом анализе изумруда и берилла французский химик Л. Воклен открыл окисел нового, ранее неизвестного элемента, который по имени минерала был назван им «берилловой землей» (землями тогда называли окислы металлов). Год спустя новому элементу было дано название «глюциний» из-за сладкого вкуса его солей (от греч. «глюкос» — сладкий). Новое название, однако, не получило широкого распространения и ныне сохранилось только во Франции. Лишь через тридцать лет после открытия элемента ученым удалось получить металлический бериллий в виде порошка.

Это один из наиболее легких металлов. Он в полтора раза легче алюминия и в четыре раза — нержавеющей стали. Ценнейшее свойство бериллия — жаростойкость, позволяющая использовать изделия из него при высоких температурах. Этим свойством обладают и его многочисленные сплавы. Незначительная добавка бериллия к некоторым металлам резко улучшает их механические свойства. Сплавы его используются для производства деталей и конструкций, подвергающихся длительному интенсивному напряжению или трению при нормальной и высокой температуре. Особой известностью пользуются бериллиево-медные бронзы, содержащие всего 1–5 % бериллия. Механические свойства (прочность, твердость и т. д.) бериллиевых бронз уникальны. Замечательная особенность их — увеличение в несколько раз твердости и прочности сплавов при высоких температурах. Бериллий находит применение в сплавах с алюминием, магнием и другими металлами, придавая им вязкость, жаростойкость, легкость и устойчивость к коррозии. Легкие и прочные бериллиево-алюминиевые сплавы — весьма перспективный материал для ракетостроения и космической техники.

Атомная структура бериллия позволяет использовать его и в атомных реакторах в качестве замедлителя нейтронов. Он может выполнять и роль отражателя нейтронов, он радиационно стоек при высоких температурах. На этих свойствах основано применение бериллия в атомных реакторах морских судов и самолетов, в теплозащитных конструкциях космических кораблей и ракет.

До 1939 г. мировое производство бериллия и его солей не достигало и 10 т в год. Однако с началом второй мировой войны интерес к бериллию резко повысился. Потребление бериллия воюющими странами увеличилось в пять раз. Началась погоня за источниками дефицитного бериллиевого сырья.

Соединенные Штаты Америки, не считаясь с затратами, вывозили берилловые концентраты из Бразилии и Южной Африки на самолетах. Гитлеровцы, отрезанные от источников сырья, пытались использовать нейтральную Швейцарию для контрабандного ввоза бериллиевой бронзы: от швейцарских «часовщиков» американским фирмам поступил заказ на такое количество бериллиевой бронзы, которого хватило бы на пружины для часов всему человечеству лет на пятьсот вперед. Хитрость была разгадана, однако пружины из бериллиевой бронзы время от времени появлялись в новейших марках авиационных скорострельных пулеметов, поступавших на вооружение фашистской армии.

В послевоенные годы интерес к бериллию еще более увеличился. Причиной явилось открытие свойств сверхчистого металлического бериллия, позволяющих применять его в атомных реакторах.

Источниками берилла служат в основном гранитные пегматиты, крупные жилы которых известны во многих районах земного шара. Пегматиты возникают при кристаллизации последних порций гранитных расплавов. В условиях высоких давлений из расплавов, проникших в трещины горных пород, медленно образовывались огромные кристаллы полевых шпатов, достигающие нескольких метров в поперечнике, сплошные массы кварца, крупные кристаллы светлой слюды и разнообразные минералы редких элементов, в том числе и берилл. Отдельные его кристаллы, росшие в пустотах, наполненных газоводным высокотемпературным раствором, приобретали качество первоклассных драгоценных камней. Кристаллы берилла в пегматитах отличаются крупными размерами. Обычно они бывают до 5 см в поперечнике при длине в 10–15 см. Нередки и кристаллы-гиганты, масса которых достигает десятков, сотен и даже тысяч килограммов. Наиболее крупный из известных кристаллов берилла достигал 9 м в длину и 1,5 м в поперечнике.