4 Be بيريليوم 9.012
فلز قلوي ترابي s-block Period 2 Group 2

بيريليوم

Be · Element 4 · Alkaline earth metals

A stiff, feather-light metal that is transparent to X-rays and lethally toxic as dust.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 9.012 u
ELECTRON CONFIGURATION [He] 2s²

البنية

ذرة بيريليوم

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

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

فيزيائية

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

ذرية

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

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.57 48%
طاقة التأين 899.2 kJ/mol 80%
الألفة الإلكترونية

الوفرة

الوفرة في القشرة 2.8 mg/kg 61%

الهوية

الرمزBe
العدد الذري4
الكتلة الذرية9.012 u
الفئةفلز قلوي ترابي
المستوى الفرعيs
البنية البلوريةبنية سداسية محكمة التراص
حالات الأكسدة+2
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 مقياس

How big is a بيريليوم atom?

Radius 112 pm — that is 0.112 nm, so about 4464 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

بيريليوم is liquid over a 1183 K window, from 1560 K to 2743 K.

موضعه

موضعه في الجدول

بيريليوم sits in period 2, group 2. Everything in group 2 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER الفلزات القلوية الأرضية

All الفلزات القلوية الأرضية

القصة

ما هو بيريليوم، وكيف اكتشفناه

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

The discovery of بيريليوم

انكشاف اللغز العذب

يبدو اكتشاف البيريليوم كقصة بوليسية امتدت عقدين، وشارك فيها كيميائيون لامعون وبلورات سامة وفلز مراوغ إلى حد أنه اكتسب لقب «الغلوكينيوم» (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 الخضراء والزرقاء الجميلة على عنصر مجهول أنتج مذاقاً حلواً مميزاً عند إذابته، ومن هنا جاء اسم «الغلوكينيوم» من الكلمة اليونانية «glykys» (عذب).

كان Vauquelin مشهوراً بالفعل باكتشاف الكروم في العام السابق، لكن البيريليوم ثبت أنه أكثر تحدياً بكثير. فقد استطاع تحديد وجود العنصر من خلال التحليل الكيميائي، لكنه لم يتمكن من عزل الفلز النقي. وكانت المركبات حلوة المذاق التي صنعها في الواقع أملاحاً للبيريليوم، ونحن نعلم 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 عاماً. وجاء الاختراق في الوقت نفسه على يد عالمين ألمانيين لامعين كانا يعملان باستقلال:

طور Friedrich Wöhler، المشهور بتخليق اليوريا ودحض نظرية «القوة الحيوية»، طريقة مبتكرة. فقد سخّن كلوريد البيريليوم مع فلز البوتاسيوم في بوتقة من البلاتين، منتجاً حبيبات فضية صغيرة من البيريليوم النقي. وفي الوقت نفسه، استخدم Antoine Bussy في فرنسا نهجاً مشابهاً مع البوتاسيوم وفلوريد البيريليوم.

وصف Wöhler نجاحه قائلاً: «لقد نجحت في عزل الأساس الفلزي للبيريليوم. ويظهر في صورة كتل صغيرة رمادية فولاذية شديدة الصلابة». واجه الرجلان تحديات هائلة؛ فقد احتاج البيريليوم إلى درجات حرارة أعلى من 1,287°C لينصهر، وشكّل أكسيده طبقة واقية منيعة.

الجدل حول الاسم

اندلعت معركة حادة حول التسمية بين الكيميائيين الفرنسيين والألمان. أصر الفرنسيون على «الغلوكينيوم» (Gl)، بينما فضل الألمان «البيريليوم» (Be) نسبةً إلى معدن البريل. واستمر الجدل حتى عام 1957، عندما اختار الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية رسمياً «البيريليوم»، مع أن بعض النصوص الفرنسية والروسية ظلت تستخدم «الغلوكينيوم» حتى سبعينيات القرن العشرين.

الثورة الصناعية (1900s-1940s)

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

الاستخدامات

فيما يُستخدم بيريليوم

تطبيقات الطيران والفضاء والدفاع

البيريليوم هو العمود الفقري لهندسة الطيران والفضاء الحديثة، وقد اكتسب لقب «فلز عصر الفضاء». وتجعل خصائصه الاستثنائية منه مادة لا غنى عنها في التطبيقات الحرجة التي لا يكون فيها الفشل خياراً.

تقنية المركبات الفضائية والأقمار الصناعية

تعتمد NASA اعتماداً كبيراً على البيريليوم في مرايا تلسكوب جيمس ويب الفضائي، حيث تشكل 18 قطعة سداسية من البيريليوم المرآة الرئيسية. ويضمن الاستقرار الحراري للفلز حفاظ المرايا على شكلها الدقيق وسط التغيرات الشديدة في درجات حرارة الفضاء (-223°C إلى +123°C). وتستخدم Boeing البيريليوم في مكونات الأقمار الصناعية لأنه يحافظ على ثبات الأبعاد مع كونه أخف بنسبة 40% من الفولاذ.

الأنظمة العسكرية والدفاعية

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

التصنيع الدقيق

تُنتج سبائك نحاس البيريليوم (BeCu) التي تحتوي على 0.5-3% من البيريليوم أفضل النوابض وملامسات التوصيل الكهربائي 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 وموصلات الحواسيب
  • السيارات: مستشعرات المكابح المانعة للانغلاق وأنظمة الوسائد الهوائية ومكونات حقن الوقود

التطبيقات النووية

يعمل البيريليوم عاكساً ومهدئاً للنيوترونات في المفاعلات النووية. ويجعله مقطع امتصاص النيوترونات المنخفض مثالياً لعكس النيوترونات إلى قلب المفاعل، مما يزيد الكفاءة. ويُستخدم الفلز أيضاً في مصادر النيوترونات لتسجيل آبار النفط واختبار المواد.

الأدوات المتخصصة

تُعد أدوات نحاس البيريليوم غير المولدة للشرر ضرورية في البيئات القابلة للانفجار مثل مصافي النفط والمصانع الكيميائية وعمليات التعدين. وتمنع هذه الأدوات الشرر الخطير الذي قد يشعل الغازات أو الغبار القابل للاشتعال.

الإلكترونيات والتقنية

  • معدات الصوت عالية الجودة: مكبرات الترددات العالية ذات القبة المصنوعة من البيريليوم في مكبرات Focal وTAD وYamaha لإنتاج صوت فائق الجودة
  • مكونات الهواتف الذكية: نوابض من نحاس البيريليوم في منافذ الشحن والأزرار في iPhone وSamsung Galaxy
  • موصلات الحواسيب: ملامسات 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 تشغيل الوسائد الهوائية ومكونات المكابح المانعة للانغلاق
  • مركبات الأداء العالي: تستخدم Formula 1 وNASCAR نوابض صمامات BeCu لمحركات ذات عدد دورات مرتفع
  • المركبات الكهربائية: تستخدم Tesla وغيرها من شركات تصنيع المركبات الكهربائية سبائك البيريليوم في أنظمة إدارة البطاريات

تطبيقات الطيران والفضاء

  • الطائرات التجارية: تستخدم Boeing 787 وAirbus A350 البيريليوم في أنظمة إلكترونيات الطيران والملاحة
  • المهمات 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 القابلة للانفجار
  • معدات اللحام: حوامل الأقطاب وأقطاب اللحام بالمقاومة
  • صناعة النفط والغاز: معدات الحفر ومكونات الصمامات وأدوات السلامة

مصدره

وجوده الطبيعي

2.8 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 61% of elements

التوزيع الأرضي

البيريليوم عنصر نادر وثمين، إذ تبلغ وفرته 2.8 جزءاً في المليون فقط في القشرة الأرضية، مما يجعله أندر من الفضة أو البلاتين. وعلى الرغم من ندرته، يؤدي البيريليوم دوراً حاسماً في العمليات الجيولوجية والأحداث الكونية.

المصادر المعدنية الرئيسية

خام البيريليوم الأهم هو البريل (Be₃Al₂Si₆O₁₈)، الذي يتشكل في صورة أحجار كريمة جميلة عندما يكون نقياً:

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

تشمل معادن البيريليوم الأخرى البرترانديت (Be₄Si₂O₇(OH)₂)، الموجود أساساً في جبل سبور بولاية يوتا، والكريزوبيريل (BeAl₂O₄)، الذي يشمل حجري عين القط والإسكندرِيت الكريمين.

عمليات التعدين العالمية

تهيمن الولايات المتحدة على إنتاج البيريليوم، إذ ينتج منجم Materion Corporation في يوتا نحو 85% من بيريليوم العالم. وتدير الصين مناجم أصغر في إقليم شينجيانغ، بينما لدى كازاخستان وموزمبيق عمليات ناشئة. ويحتوي منجم جبل سبور في يوتا على أكبر رواسب 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. وبدلاً من ذلك، يتكون البيريليوم-9 من خلال التفتت بالأشعة 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 شديد للغاية

البيريليوم أحد أكثر الفلزات سميةً المعروفة للبشر. حتى الكميات المجهرية يمكن أن تسبب مرضاً رئوياً شديداً غير قابل للعكس. ويتطلب هذا العنصر أعلى مستوى من احتياطات السلامة في أي صورة.

داء البيريليوم - القاتل الصامت

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

  • ضيقاً مترقياً في التنفس وسعالاً مزمناً
  • ألماً في الصدر وإرهاقاً شديداً
  • فقدان الوزن والتعرق الليلي
  • يؤدي في النهاية إلى فشل تنفسي ووفاة

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 بالكورتيكوستيرويدات.

لوائح OSHA وحدود التعرض

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

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

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

تدابير السلامة المطلوبة

  • ضوابط هندسية: تهوية مزودة بمرشحات HEPA ومناطق عمل ذات ضغط سلبي وعمليات محكمة الإغلاق
  • معدات الوقاية الشخصية: أجهزة تنفس منقية للهواء تغطي الوجه بالكامل (الحد الأدنى APF 25) وملابس واقية يمكن التخلص منها 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 تغيير منفصلة والتخلص من الملابس الملوثة

إجراءات الطوارئ

الاستنشاق: انقل المصاب إلى هواء نقي فوراً واطلب العناية الطبية حتى في غياب الأعراض

ملامسة الجلد: اغسل جيداً بالماء والصابون وانزع الملابس الملوثة

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

الابتلاع: لا تحفز القيء واطلب العناية الطبية فوراً

التخزين والمناولة الآمنان

خزّنه في حاويات محكمة الإغلاق وموسومة في مناطق مخصصة ذات وصول مقيّد. لا تكنس أبداً المناطق الملوثة بالبيريليوم تنظيفاً جافاً؛ استخدم أنظمة التفريغ بمرشحات HEPA فقط. وتخلص منه كنفايات خطرة من خلال متعهدين مرخصين.

إجابات سريعة

بيريليوم: أسئلة شائعة

What is بيريليوم?

بيريليوم (symbol Be) is element 4 on the periodic table, a فلز قلوي ترابي in period 2, group 2. A stiff, feather-light metal that is transparent to X-rays and lethally toxic as dust. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of بيريليوم?

بيريليوم's ground-state electron configuration is [He] 2s², giving 2 occupied shells holding 2, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of بيريليوم?

بيريليوم melts at 1560 K (1286.9 °C) and boils at 2743 K (2469.9 °C).

What is the atomic mass of بيريليوم?

The standard atomic weight of بيريليوم is 9.012 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is بيريليوم?

بيريليوم has a density of 1.85 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of بيريليوم is about 1.9× heavier.

What is the electronegativity of بيريليوم?

بيريليوم has a Pauling electronegativity of 1.57. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered بيريليوم, and when?

بيريليوم was discovered in 1798 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after from the gemstone beryl.

How common is بيريليوم on Earth?

بيريليوم makes up about 2.8 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.