4 Be بيريليوم 9.012
فلز قلوي ترابي المستوى الفرعي s الدورة 2 المجموعة 2

بيريليوم

Be · العنصر 4 · فلز قلوي ترابي

فلز صلب وخفيف كالريشة، منفذ للأشعة السينية وسامّ قاتل على هيئة غبار.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 9.012 u
التوزيع الإلكتروني[He] 2s²
3Li كل العناصر الـ118 5B

البنية

ذرة بيريليوم

ليس مخططًا لنقاط على حلقات — بل عينة مونتِ كارلو من كثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل غلاف فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين لدالة الموجة، وهذا ما يجعل الترابط ممكنًا.

سحابة المدار

القيم المقاسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع بيريليوم بين جميع العناصر الـ118 بالنسبة إلى تلك الخاصية.

الفيزيائية

الكثافة 1.85 g/cm³ 15%
نقطة الانصهار 1560 K 65%
نقطة الغليان 2743 K 53%
الحرارة النوعية 1.825 J/g·K
الموصلية الحرارية 200 W/m·K 95%

الذرية

نصف القطر الذري 112 pm 11%
نصف القطر التساهمي 96 pm
نصف قطر فان دير فالس 153 pm

الإلكترونية

الكهروسلبية 1.57 48%
طاقة التأين 899.2 kJ/mol 80%
الألفة الإلكترونية —

الوجود

الوفرة في القشرة 2.8 mg/kg 61%

الهوية

الرمزBe
العدد الذري4
الكتلة الذرية9.012 u
الفئةفلز قلوي ترابي
المستوى الفرعيs
البنية البلوريةسداسي متراص
حالات الأكسدة+2
سنة الاكتشاف1798
اكتشفهLouis-Nicolas Vauquelin

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق المقياس

ما حجم ذرة بيريليوم؟

نصف القطر 112 pm — أي 0.112 nm، ولذلك فإن نحو 4.46 مليون ذرة منها متجاورة ستغطي ملليمترًا واحدًا.

المدى الحراري

صلب، سائل، غاز — ومتى

يكون بيريليوم سائلًا ضمن مجال 1183 K، من 1560 K إلى 2743 K.

موضعه

موضعه في الجدول

تقع بيريليوم في الدورة 2، والمجموعة 2. تشترك جميع العناصر في المجموعة 2 في العدد نفسه من الإلكترونات الخارجية، ولذلك تتصرف بطريقة متشابهة جدًا.

عناصر الفلزات القلوية الترابية الأخرى

12Mg 20Ca 38Sr 56Ba 88Ra
جميع عناصر الفلزات القلوية الترابية

القصة

ماهيّة بيريليوم وكيف اكتشفناه

فلز خفيف وقوي ذو نقطة انصهار مرتفعة. سام في صورة مسحوق.

اكتشاف بيريليوم

كشف اللغز العذب

يُشبه اكتشاف البيريليوم قصة بوليسية امتدت على مدى عقدين، وشارك فيها كيميائيون لامعون وبلورات سامة وفلز مراوغ إلى حد أنه اكتسب لقب "glucinium" (العذب) قبل الكشف عن طبيعته الحقيقية.

الصلة الفرنسية (1797)

كان Louis-Nicolas Vauquelin، وهو صيدلي وكيميائي فرنسي، يحلل الزمرد وبلورات البريل في مختبره الباريسي عندما توصل إلى اكتشاف مذهل. فقد احتوت هذه الأحجار الكريمة الخضراء والزرقاء الجميلة على عنصر مجهول أحدث طعمًا حلوًا مميزًا عند إذابته، ومن هنا جاء اسم "glucinium" من الكلمة اليونانية "glykys" (عذب).

كان Vauquelin مشهورًا بالفعل باكتشاف الكروم في العام السابق، لكن البيريليوم ثبت أنه أكثر تحديًا بكثير. فقد استطاع تحديد وجود العنصر عبر التحليل الكيميائي، لكنه لم يتمكن من عزل الفلز النقي. وكانت المركبات حلوة الطعم التي حضرها أملاحًا للبيريليوم في الواقع، ونحن نعرف الآن أنها شديدة السمية، ولحسن الحظ لم يتذوق Vauquelin سوى كميات ضئيلة.

الاختراق الألماني (1828)

استحوذ السباق إلى عزل البيريليوم النقي على اهتمام الكيميائيين الأوروبيين لأكثر من 30 عامًا. وجاء الاختراق في الوقت نفسه على يد عالمين ألمانيين لامعين كانا يعملان بشكل مستقل:

طوّر Friedrich Wöhler، المشهور بتخليق اليوريا ودحض نظرية "القوة الحيوية"، طريقة مبتكرة. فقد سخّن كلوريد البيريليوم مع فلز البوتاسيوم في بوتقة من البلاتين، منتجًا حبيبات فضية صغيرة من البيريليوم النقي. وفي الوقت نفسه، استخدم Antoine Bussy في فرنسا نهجًا مشابهًا مع البوتاسيوم وفلوريد البيريليوم.

وصف Wöhler نجاحه قائلًا: "لقد نجحت في عزل القاعدة الفلزية للبيريليوم. وهي تظهر على شكل كتل صغيرة رمادية فولاذية شديدة الصلابة." واجه الرجلان تحديات هائلة، إذ تطلّب البيريليوم درجات حرارة تتجاوز 1,287°C لينصهر، كما كوّن أكسيده طبقة واقية منيعة.

الجدل حول الاسم

اندلع صراع حاد حول التسمية بين الكيميائيين الفرنسيين والألمان. أصر الفرنسيون على اسم "glucinium" (Gl)، بينما فضّل الألمان "beryllium" (Be) نسبةً إلى معدن البريل. واستمر الجدل حتى عام 1957، عندما اختار الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية رسميًا اسم "beryllium"، مع أن بعض النصوص الفرنسية والروسية ظلت تستخدم "glucinium" حتى سبعينيات القرن العشرين.

الثورة الصناعية (1900s-1940s)

ظل البيريليوم مجرد مادة تثير فضول المختبرات حتى طوّر Alfred Stock طرق تنقية أفضل في ألمانيا نحو عام 1916. وقد لفتت خصائص الفلز المذهلة، فهو أخف من الألومنيوم وأقوى من الفولاذ، انتباه الجيش خلال الحرب العالمية الثانية. واستخدم مشروع Manhattan البيريليوم عاكسًا للنيوترونات في الأسلحة النووية، مما جعل هذا العنصر الغامض فجأة ذا أهمية استراتيجية بالغة.

الاستخدامات

استخدامات بيريليوم

تطبيقات الطيران والفضاء والدفاع

يُعد البيريليوم العمود الفقري لهندسة الطيران والفضاء الحديثة، وقد اكتسب لقبه باعتباره "فلز عصر الفضاء". وتجعل خصائصه الاستثنائية منه مادة لا غنى عنها في التطبيقات الحيوية التي لا يكون فيها الفشل خيارًا.

تكنولوجيا المركبات الفضائية والأقمار الصناعية

تعتمد NASA اعتمادًا كبيرًا على البيريليوم في مرايا تلسكوب James Webb الفضائي، حيث تشكل 18 قطعة سداسية من البيريليوم المرآة الأساسية. ويضمن الاستقرار الحراري للفلز حفاظ المرايا على شكلها الدقيق في التغيرات الشديدة لدرجات حرارة الفضاء (-223°C إلى +123°C). وتستخدم Boeing البيريليوم في مكونات الأقمار الصناعية لأنه يحافظ على ثبات أبعاده، مع كونه أخف من الفولاذ بنسبة 40%.

الأنظمة العسكرية وأنظمة الدفاع

تستخدم المقاتلتان F-22 Raptor وF-35 Lightning II البيريليوم في أنظمة التوجيه ومكونات الرادار. وتدمج Lockheed Martin سبائك نحاس البيريليوم في أنظمة توجيه الصواريخ، حيث يجب تقليل التداخل الكهرومغناطيسي إلى أدنى حد. كما أن شفافية الفلز للأشعة السينية تجعله ضروريًا في مشغلات الأسلحة النووية وقضبان التحكم في المفاعلات.

التصنيع الدقيق

تنتج سبائك نحاس البيريليوم (BeCu) التي تحتوي على 0.5-3% من البيريليوم أدق النوابض والوصلات الكهربائية في العالم. وتصنع شركات مثل Materion Corporation مكونات BeCu من أجل:

  • الأجهزة الطبية: أجهزة MRI وأجهزة التصوير المقطعي CT والأدوات الجراحية
  • الإلكترونيات: معدات الصوت عالية الجودة ومكونات الهواتف الذكية ووصلات الحواسيب
  • السيارات: مستشعرات المكابح المانعة للانغلاق وأنظمة الوسائد الهوائية ومكونات حقن الوقود

التطبيقات النووية

يعمل البيريليوم عاكسًا للنيوترونات ومهدئًا لها في المفاعلات النووية. ويجعله مقطعه العرضي المنخفض لامتصاص النيوترونات مثاليًا لعكس النيوترونات إلى قلب المفاعل، مما يزيد الكفاءة. ويُستخدم الفلز أيضًا في مصادر النيوترونات لتسجيل آبار النفط واختبار المواد.

الأدوات المتخصصة

تُعد أدوات نحاس البيريليوم غير المولدة للشرر ضرورية في البيئات المتفجرة، مثل مصافي النفط والمصانع الكيميائية وعمليات التعدين. وتمنع هذه الأدوات الشرارات الخطرة التي قد تشعل الغازات أو الغبار القابلين للاشتعال.

الإلكترونيات والتكنولوجيا

  • معدات الصوت عالية الجودة: مكبرات الترددات العالية ذات القبة المصنوعة من البيريليوم في مكبرات Focal وTAD وYamaha لإعادة إنتاج صوت فائق الجودة
  • مكونات الهواتف الذكية: نوابض من نحاس البيريليوم في منافذ الشحن والأزرار في iPhone وSamsung Galaxy
  • وصلات الحواسيب: نقاط تلامس من نحاس البيريليوم مطلية بالذهب في منافذ USB وكابلات HDMI ومقابس اللوحات الأم
  • الأدوات الدقيقة: مكونات الساعات السويسرية ونوابض الأجهزة الطبية وأدوات القياس العلمية

صناعة السيارات

  • أنظمة السلامة: نحاس البيريليوم في مستشعرات نشر الوسائد الهوائية ومكونات المكابح المانعة للانغلاق
  • مركبات الأداء العالي: تستخدم Formula 1 وNASCAR نوابض صمامات BeCu للمحركات ذات السرعات العالية
  • المركبات الكهربائية: تستخدم Tesla وغيرها من الشركات المصنعة للمركبات الكهربائية سبائك البيريليوم في أنظمة إدارة البطاريات

تطبيقات الطيران والفضاء

  • الطائرات التجارية: تستخدم Boeing 787 وAirbus A350 البيريليوم في أنظمة إلكترونيات الطيران والملاحة
  • البعثات الفضائية: مكونات SpaceX Falcon 9 ومركبات NASA الجوالة على المريخ ومحطة الفضاء الدولية
  • الأقمار الصناعية: أقمار GPS الصناعية وأنظمة مراقبة الطقس وأقمار الاتصالات

المعدات الصناعية
  • الأدوات غير المولدة للشرر: مفاتيح الربط والمطارق ومفكات البراغي للبيئات المتفجرة
  • معدات اللحام: حوامل الأقطاب وأقطاب اللحام بالمقاومة
  • صناعة النفط والغاز: معدات الحفر ومكونات الصمامات وأدوات السلامة

مصدره

الوجود الطبيعي

2.8 mg/kg من القشرة الأرضية · أوفر من 61% من العناصر

التوزيع الأرضي

البيريليوم عنصر نادر وثمين، وتبلغ وفرته 2.8 جزءًا في المليون فقط في القشرة الأرضية، مما يجعله أندر من الفضة أو البلاتين. وعلى الرغم من ندرته، يؤدي البيريليوم دورًا مهمًا في العمليات الجيولوجية والأحداث الكونية على حد سواء.

المصادر المعدنية الأساسية

أهم خام للبيريليوم هو البريل (Be₃Al₂Si₆O₁₈)، الذي يكوّن أحجارًا كريمة جميلة عندما يكون نقيًا:

  • الزمرد: بريل أخضر اللون بفعل الكروم، يوجد في كولومبيا وزامبيا والبرازيل
  • الزبرجد: بريل أزرق ناتج عن آثار الحديد، يُستخرج في البرازيل ومدغشقر وباكستان
  • المورغانيت: بريل وردي اللون بفعل المنغنيز، اكتُشف في كاليفورنيا ومدغشقر
  • الهيليودور: بريل ذهبي ناتج عن آثار اليورانيوم، يوجد في أوكرانيا وناميبيا

تشمل معادن البيريليوم الأخرى البرترانديت (Be₄Si₂O₇(OH)₂)، الموجود أساسًا في جبل Spor Mountain في يوتا، والكريزوبيريل (BeAl₂O₄)، الذي يضم حجري عين القط والألكسندريت الكريمين.

عمليات التعدين العالمية

تهيمن الولايات المتحدة على إنتاج البيريليوم، إذ ينتج منجم Materion Corporation في يوتا نحو 85% من بيريليوم العالم. وتشغّل الصين مناجم أصغر في مقاطعة شينجيانغ، بينما لدى كازاخستان وموزمبيق عمليات ناشئة. ويحتوي منجم Spor Mountain في يوتا على أكبر ترسبات برترانديت معروفة في العالم.

الأصول الكونية

للبيريليوم تاريخ كوني رائع. فعلى خلاف معظم العناصر، لا يمكن تكوين البيريليوم في التخليق النووي النجمي لأنه يتدمر عند درجات الحرارة المرتفعة داخل النجوم. وبدلًا من ذلك، يتكون البيريليوم-9 عبر التفتت بفعل الأشعة الكونية، عندما تصطدم الأشعة الكونية عالية الطاقة بنوى الكربون والأكسجين في الفضاء، فتفككها لتكوين البيريليوم.

تجعل هذه العملية البيريليوم "ساعة كونية"، إذ يستطيع العلماء تقدير عمر الأشعة الكونية من خلال قياس نظائر البيريليوم في النيازك وعينات الفضاء.

التعامل

السلامة

تحذير من خطر بالغ

البيريليوم أحد أكثر الفلزات سمية المعروفة للإنسان. ويمكن حتى للكميات المجهرية أن تسبب مرضًا رئويًا شديدًا لا يمكن عكسه. ويتطلب هذا العنصر أعلى مستوى من احتياطات السلامة في أي صورة كان عليها.

داء البيريليوم - القاتل الصامت

مرض البيريليوم المزمن (CBD) حالة رئوية تقدمية غير قابلة للشفاء، يسببها استنشاق جسيمات البيريليوم. وقد تظهر الأعراض بعد عقود من التعرض، وتشمل:

  • ضيق النفس التدريجي والسعال المزمن
  • ألم الصدر والإرهاق الشديد
  • فقدان الوزن والتعرق الليلي
  • يؤدي في النهاية إلى فشل الجهاز التنفسي والوفاة

يصيب المرض 2-6% من العمال المتعرضين، مع وجود استعداد وراثي لدى بعض الأفراد. ولا يوجد علاج شافٍ، بل تقتصر المعالجة على السيطرة على الأعراض باستخدام الكورتيكوستيرويدات.

لوائح OSHA وحدود التعرض

حد التعرض المسموح (PEL): 2.0 μg/m³ (متوسط مرجح زمنيًا لمدة 8 ساعات)

حد التعرض قصير الأمد: 5.0 μg/m³ (متوسط لمدة 15 دقيقة)

مستوى الإجراء: 0.1 μg/m³ (يستدعي المراقبة الطبية)

تدابير السلامة المطلوبة

  • ضوابط هندسية: تهوية مزودة بمرشح HEPA ومناطق عمل ذات ضغط سلبي وعمليات مغلقة
  • معدات الوقاية الشخصية: أجهزة تنفس منقية للهواء كاملة الوجه (الحد الأدنى APF 25) وملابس واقية تُستخدم مرة واحدة وقفازات من النتريل
  • المراقبة الطبية: صور أشعة سينية أساسية وسنوية للصدر واختبارات وظائف الرئة واختبارات تكاثر الخلايا اللمفاوية للبيريليوم
  • إزالة التلوث: مرافق استحمام مخصصة ومناطق تبديل منفصلة والتخلص من الملابس الملوثة

إجراءات الطوارئ

الاستنشاق: انقل المصاب إلى الهواء النقي فورًا، واطلب العناية الطبية حتى في غياب الأعراض

ملامسة الجلد: اغسل جيدًا بالماء والصابون، وانزع الملابس الملوثة

ملامسة العين: اغسل بالماء لمدة 15+ دقيقة، واطلب الرعاية الطبية فورًا

الابتلاع: لا تحفز القيء، واطلب العناية الطبية فورًا

التخزين والمناولة الآمنان

خزّن البيريليوم في حاويات محكمة الإغلاق وموسومة داخل مناطق مخصصة ذات دخول مقيد. لا تكنس أبدًا المناطق الملوثة بالبيريليوم جافة، بل استخدم أنظمة التفريغ المزودة بمرشح HEPA فقط. تخلّص منه بوصفه نفايات خطرة عن طريق متعهدين مرخصين.

إجابات سريعة

أسئلة شائعة عن بيريليوم

ما هو بيريليوم؟

بيريليوم (رمزه Be) هو العنصر 4 في الجدول الدوري، وينتمي إلى فلز قلوي ترابي في الدورة 2 والمجموعة 2. فلز صلب وخفيف كالريشة، منفذ للأشعة السينية وسامّ قاتل على هيئة غبار. في درجة حرارة الغرفة، يكون صلباً.

ما التوزيع الإلكتروني لـ بيريليوم؟

التوزيع الإلكتروني للحالة الأرضية لـبيريليوم هو [He] 2s²، ويشغل 2 مستويين من مستويات الطاقة بتوزيع 2, 2.

ما نقطتا انصهار وغليان بيريليوم؟

ينصهر بيريليوم عند 1560 K (1286.9 °C) ويغلي عند 2743 K (2469.9 °C).

ما الكتلة الذرية لـ بيريليوم؟

تبلغ الكتلة الذرية القياسية لـ بيريليوم ‏9.012 u. وهذا متوسط موزون لنظائره الموجودة طبيعياً، ولذلك نادراً ما يكون عدداً صحيحاً.

ما كثافة بيريليوم؟

تبلغ كثافة بيريليوم مقدار 1.85 g/cm³. تبلغ كثافة الماء 1.0 g/cm³، لذا تكون كتلة من بيريليوم أثقل بنحو 1.9×.

ما الكهروسلبية لـ بيريليوم؟

تبلغ كهروسلبية بيريليوم وفق مقياس باولنغ 1.57. ويتراوح المقياس من 0.70 (الفرانسيوم، الأقل ميلاً إلى جذب الإلكترونات) إلى 3.98 (الفلور، الأكثر ميلاً). تميل القيم ضمن هذا النطاق المتوسط إلى تكوين روابط تساهمية بدلًا من الروابط الأيونية القوية.

من اكتشف بيريليوم ومتى؟

اكتُشف بيريليوم في 1798 على يد Louis-Nicolas Vauquelin. سُمّي على اسم من حجر البريل الكريم.

ما مدى وفرة بيريليوم على الأرض؟

يشكّل بيريليوم حوالي 2.8 mg/kg من قشرة الأرض — وهو غير شائع، لكنه ليس نادرًا.

→ السابق Li ليثيوم العنصر 3 · فلز قلوي التالي ← B بورون العنصر 5 · شبه فلز