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.
البنية
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.
القيم المقيسة
يوضح كل شريط موضع بيريليوم بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.
المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.
الحجم، وفق مقياس
Radius 112 pm — that is 0.112 nm, so about 4464 million of them side by side would span a millimetre.
النطاق الحراري
بيريليوم is liquid over a 1183 K window, from 1560 K to 2743 K.
القصة
فلز خفيف وقوي ذو نقطة انصهار مرتفعة. سام في صورة مسحوق.
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
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.
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:
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.
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.
مصدره
2.8 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 61% of elements
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.
خام البيريليوم الأهم هو البريل (Be₃Al₂Si₆O₁₈)، الذي يتشكل في صورة أحجار كريمة جميلة عندما يكون نقياً:
تشمل معادن البيريليوم الأخرى البرترانديت (Be₄Si₂O₇(OH)₂)، الموجود أساساً في جبل سبور بولاية يوتا، والكريزوبيريل (BeAl₂O₄)، الذي يشمل حجري عين القط والإسكندرِيت الكريمين.
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.
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
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.
مرض البيريليوم المزمن (CBD) حالة رئوية مترقية غير قابلة للشفاء، يسببها استنشاق جسيمات البيريليوم. وقد تظهر الأعراض بعد عقود من التعرض، وتشمل:
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.
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)
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
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 (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.
[He] 2s², giving 2 occupied shells holding 2, 2 electrons respectively.بيريليوم melts at 1560 K (1286.9 °C) and boils at 2743 K (2469.9 °C).
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.
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.
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.
بيريليوم was discovered in 1798 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after from the gemstone beryl.
بيريليوم makes up about 2.8 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.