What is 铍?
铍 (symbol Be) is element 4 on the periodic table, a 碱土金属 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.
结构
这不是环上点阵的示意图,而是对每个已占据子层实际概率密度|ψ|²进行蒙特卡洛采样的结果。拖动即可旋转。蓝色和紫色表示波函数的相反符号,这正是成键成为可能的原因。
测量值
每个条形图都显示铍在全部118种元素中该性质的排名位置。
来源:IUPAC 2021 标准原子量 ·《CRC 化学与物理手册》· NIST。标有 ~ 的数值是预测值,而非测量值。
按比例显示的大小
Radius 112 pm — that is 0.112 nm, so about 4464 million of them side by side would span a millimetre.
热范围
铍 is liquid over a 1183 K window, from 1560 K to 2743 K.
故事
质轻、坚固且熔点高的金属。粉末状有毒。
铍的发现过程宛如一部跨越二十年的侦探故事,涉及杰出的化学家、有毒晶体,以及一种极其难以捉摸的金属。在其真实性质被揭示之前,这种金属因而获得了“glucinium”(甜的)这一昵称。
Louis-Nicolas Vauquelin是一位法国药剂师和化学家。当他在巴黎实验室分析祖母绿和绿柱石晶体时,做出了一个惊人的发现。这些美丽的绿色和蓝色宝石含有一种未知元素,溶解后会产生特有的甜味——因此得名“glucinium”,源自希腊语“glykys”(甜)。
Vauquelin因前一年发现铬而早已闻名,但铍的研究要困难得多。他可以通过化学分析确认这种元素的存在,却无法分离出纯金属。他制得的有甜味化合物其实是铍盐,而我们如今知道这些物质毒性极强——幸运的是,Vauquelin只尝了极少量!
分离纯铍的竞赛吸引了欧洲化学家长达30多年。最终,两位独立工作的杰出德国科学家同时取得了突破:
Friedrich Wöhler因合成尿素并推翻“生命力”理论而闻名,他设计了一种巧妙的方法。他在铂坩埚中用金属钾加热氯化铍,制得了微小的银色纯铍珠。与此同时,法国的Antoine Bussy采用类似方法,用钾和氟化铍制备铍。
Wöhler这样描述他的成功:“我成功分离出了铍的金属基体……它呈现为小块、钢灰色、非常坚硬的固体。”两人都面临巨大挑战——铍需要高于1,287°C的温度才能熔化,而且其氧化物会形成难以穿透的保护层。
法国和德国化学家之间爆发了激烈的命名争论。法国人坚持使用“glucinium”(Gl),而德国人则倾向于以矿物绿柱石命名的“beryllium”(Be)。这场争论一直持续到1957年,国际纯粹与应用化学联合会正式选择了“beryllium”——不过,一些法语和俄语文献直到20世纪70年代仍在使用“glucinium”!
直到Alfred Stock于1916年前后在德国开发出更好的提纯方法,铍一直只是实验室中的新奇材料。铍的惊人性质——比铝轻却比钢坚固——在第二次世界大战期间引起了军方的注意。曼哈顿计划将铍用作核武器中的中子反射体,使这种默默无闻的元素突然成为具有战略重要性的材料。
应用
铍是现代航空航天工程的骨干,因此获得了“太空时代金属”的昵称。其卓越的性质使其在容错性极低的关键应用中不可替代。
NASA大量依赖铍制造詹姆斯·韦布空间望远镜的镜面,其中18块六边形铍片组成主镜。铍的热稳定性确保镜面在太空极端温度变化(-223°C至+123°C)中保持精确形状。Boeing在卫星部件中使用铍,因为它在比钢轻40%的同时还能保持尺寸稳定性。
F-22猛禽和F-35闪电II战斗机在其制导系统和雷达部件中使用铍。Lockheed Martin将铍铜合金用于必须尽量减少电磁干扰的导弹制导系统。铍对X射线的透明性使其成为核武器引爆装置和反应堆控制棒的关键材料。
含0.5-3%铍的铍铜(BeCu)合金可制造世界上最精密的弹簧和电触点。Materion Corporation等公司制造BeCu部件,用于:
铍在核反应堆中充当中子反射体和慢化剂。其较小的中子吸收截面使其非常适合将中子反射回反应堆堆芯,从而提高效率。铍还用于油井测井和材料测试中的中子源。
无火花铍铜工具对于炼油厂、化工厂和采矿作业等爆炸性环境至关重要。这些工具可防止引燃易燃气体或粉尘的危险火花。
来源
2.8 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 61% of elements
铍是稀有且珍贵的元素,在地壳中的丰度仅为2.8 parts per million,比银或铂更稀有。尽管储量稀少,铍在地质过程和宇宙事件中都发挥着重要作用。
最重要的铍矿石是绿柱石(Be₃Al₂Si₆O₁₈),纯净时可形成美丽的宝石:
其他铍矿物包括羟硅铍石(Be₄Si₂O₇(OH)₂),主要发现于犹他州的斯波山,以及金绿宝石(BeAl₂O₄),其中包括珍贵的猫眼石和变石。
美国在铍生产方面占主导地位,Materion Corporation位于犹他州的矿山生产了世界上约85%的铍。中国在新疆维吾尔自治区经营规模较小的矿山,哈萨克斯坦和莫桑比克则有新兴的采矿作业。犹他州的斯波山矿拥有世界上已知最大的羟硅铍石矿床。
铍有着迷人的宇宙历史。与大多数元素不同,铍无法通过恒星核合成形成,因为它会在恒星内部的高温下被破坏。相反,铍-9通过宇宙射线散裂形成——高能宇宙射线在太空中与碳和氧原子核碰撞,将其撞碎并形成铍。
这一过程使铍成为“宇宙年代计”——科学家可以通过测量陨石和太空样本中的铍同位素来估算宇宙射线的年龄。
处理
铍是人类已知毒性最强的金属之一。即使是微量的铍也可能导致严重且不可逆的肺部疾病。这种元素无论以何种形式存在,都需要采取最高级别的安全防护措施。
慢性铍病(CBD)是吸入铍颗粒导致的、无法治愈且会不断发展的肺部疾病。症状可能在接触数十年后才出现,包括:
该疾病影响2-6%的接触者,其中一些人具有遗传易感性。该病无法治愈,只能使用皮质类固醇进行症状管理。
允许接触限值(PEL):2.0 μg/m³(8小时时间加权平均值)
短期接触限值:5.0 μg/m³(15分钟平均值)
行动水平:0.1 μg/m³(触发医学监测)
吸入:立即转移到新鲜空气处,即使没有症状也要就医
皮肤接触:用肥皂和水彻底清洗,脱去受污染的衣物
眼睛接触:用水冲洗15+分钟,立即寻求医疗救治
摄入:不要催吐,立即就医
将其储存在指定区域内密封且有标签的容器中,并限制人员进入。切勿干扫被铍污染的区域,只能使用HEPA真空系统。应通过持证承包商作为危险废物处理。
快速回答
铍 (symbol Be) is element 4 on the periodic table, a 碱土金属 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.铍 melts at 1560 K (1286.9 °C) and boils at 2743 K (2469.9 °C).
The standard atomic weight of 铍 is 9.012 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
铍 has a density of 1.85 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of 铍 is about 1.9× heavier.
铍 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.
铍 was discovered in 1798 by Louis-Nicolas Vauquelin. It is named after from the gemstone beryl.
铍 makes up about 2.8 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.