鈹(pi)(pi)(Beryllium)是(shi)第(di)二周期第(di)二主族元(yuan)素(su),原子序數為4,元(yuan)素(su)符號Be,是(shi)一種(zhong)灰(hui)白色的堿土金(jin)屬,屬六方(fang)晶系,質(zhi)硬,有展性。鈹(pi)(pi)及(ji)其(qi)化(hua)合(he)物都有劇毒。鈹(pi)(pi)既能溶(rong)(rong)于酸(suan)也能溶(rong)(rong)于堿液,是(shi)兩性金(jin)屬,鈹(pi)(pi)主要用于原子能反應(ying)堆(dui)材(cai)料,宇航(hang)工(gong)程材(cai)料,各(ge)種(zhong)合(he)金(jin),X射線透射窗等。
2017年10月(yue)27日(ri),世界衛生(sheng)組織國際癌癥研究(jiu)機構公布的致癌物清單(dan)(dan)初步(bu)整理參考(kao),鈹在1類致癌物清單(dan)(dan)中(zhong)。
1798年,法國化(hua)學家沃(wo)克蘭(Vauquelin Niclas Louis,1763~1829)對綠(lv)柱石和(he)祖母綠(lv)進行(xing)化(hua)學分析(xi)時發現了鈹。但是(shi),單質(zhi)鈹在三十年后(hou)的1828年由德國化(hua)學家維勒(Friedrich Woler,1800~1882)用金屬鉀還原熔融的氯化(hua)鈹而得到的。
克拉(la)普(pu)羅特曾經分(fen)析(xi)過(guo)秘(mi)魯出產的(de)綠(lv)玉石(shi),但他卻沒能發(fa)現(xian)鈹(pi)。柏格曼(man)也曾分(fen)析(xi)過(guo)綠(lv)玉石(shi),結論是一種(zhong)鋁和(he)鈣的(de)硅酸(suan)鹽(yan)。18世紀末,化學家沃(wo)克蘭應法(fa)國礦物(wu)學家阿羽伊的(de)請(qing)求對金綠(lv)石(shi)和(he)綠(lv)柱石(shi)進行了化學分(fen)析(xi)。沃(wo)克蘭發(fa)現(xian)兩者(zhe)的(de)化學成分(fen)完(wan)全相同(tong),并發(fa)現(xian)其(qi)中(zhong)含有(you)一種(zhong)新元素,稱它為(wei)Glucinium,這一名詞來(lai)自希臘文glykys,是甜的(de)意思,因(yin)為(wei)鈹(pi)的(de)鹽(yan)類(lei)有(you)甜味(wei)。沃(wo)克蘭在1798年2月(yue)15日在法(fa)國科學院宣讀(du)了他發(fa)現(xian)新元素的(de)論文。由于釔的(de)鹽(yan)類(lei)也有(you)甜味(wei),后來(lai)維(wei)勒把它命(ming)名為(wei)Beryllium,它來(lai)源于鈹(pi)的(de)主要(yao)礦石(shi)──綠(lv)柱石(shi)的(de)英文名稱beryl。
已知含(han)(han)鈹(pi)(pi)礦物(wu)有(you)30多種,但直到1968年(nian),其(qi)(qi)中僅綠柱石具有(you)工業價值。綠柱石是(shi)一種鈹(pi)(pi)鋁(lv)硅(gui)酸鹽,其(qi)(qi)通(tong)式為(wei)(wei)Be3Al2(SiO3)6,理(li)論(lun)上含(han)(han)BeO近14%。實際(ji)上BeO含(han)(han)量(liang)(liang)一般為(wei)(wei)9~13%;主要產于(yu)巴西(xi)、阿根(gen)廷、印度(du)(du)、南(nan)非等。中國新疆(jiang)、江(jiang)西(xi)等地(di)也出產。1968年(nian)開(kai)始使用(yong)含(han)(han)水硅(gui)鈹(pi)(pi)石制鈹(pi)(pi)。含(han)(han)水硅(gui)鈹(pi)(pi)石中氧化鈹(pi)(pi)的理(li)論(lun)含(han)(han)量(liang)(liang)為(wei)(wei)39~42%,但是(shi)工業礦物(wu)呈高度(du)(du)分散狀(zhuang)態,氧化鈹(pi)(pi)含(han)(han)量(liang)(liang)只有(you)1.7~2.5%,主要產于(yu)美國。
鈹是鋼灰色金屬輕金屬。鈹的硬度(du)比同族金屬高,不像鈣、鍶、鋇可以用刀子切割。
比熱容:1.82J/gK 蒸(zheng)發熱:292.4KJ/mol 熔化熱:12.2KJ/mol 導電率:0.313×106/cm
導熱系數:2.01W/(cm·K)莫氏硬度(du):5.5原子半徑(jing)(jing):112pm共價半徑(jing)(jing):90pm
蒸(zheng)氣(qi)壓:4180Pa
第一電(dian)離能:899.5kJ/mol
第二電離能:1757kJ/mol
第三電離能:14848.7kJ/mol
鈹共有(you)12個同位素,其中有(you)1個是穩定的。
符號 Z(p) N(n) 質(zhi)量(u) 半衰期 原子核自旋 相對豐度
Be 4 1 5.04079(429)# (1/2+)#
Be 4 2 6.019726(6) 5.0(3)E-21 s 0+
[0.092(6) MeV]
Be 4 3 7.01692983(11) 53.22(6) d 3/2-
Be 4 4 8.00530510(4) 67(17)E-18 s 0+
[6.8(17)eV]
Be 4 5 9.0121822(4) 穩定 3/2- 1
Be 4 6 10.0135338(4) 1.51(6)E+6 a 0+
Be 4 7 11.021658(7) 13.81(8) s 1/2+
Be 4 8 12.026921(16) 21.49(3) ms 0+
Be 4 9 13.03569(8)
Be 4 10 14.04289(14) 4.84(10) ms 0+
Be 4 11 15.05346(54)# <200 ns
Be 4 12 16.06192(54)# <200 ns 0+
Be 4 13 17.0485# <200 ns #(假想粒子)
鈹和鋰一(yi)樣,在(zai)空氣中(zhong)形成(cheng)保護性(xing)(xing)氧化(hua)(hua)層(ceng),故(gu)在(zai)空氣中(zhong)即(ji)使紅熱時也很穩定。不溶于(yu)(yu)冷水,微溶于(yu)(yu)熱水,可(ke)溶于(yu)(yu)稀鹽酸,稀硫(liu)酸和氫氧化(hua)(hua)鉀溶液而放出(chu)氫。金屬鈹對于(yu)(yu)無氧的(de)(de)金屬鈉即(ji)使在(zai)較高(gao)的(de)(de)溫度下,也有(you)明(ming)顯(xian)的(de)(de)抗(kang)腐(fu)蝕性(xing)(xing)。鈹價態為+2價,可(ke)以形成(cheng)聚(ju)合(he)物以及具有(you)顯(xian)著熱穩定性(xing)(xing)的(de)(de)一(yi)類共(gong)價化(hua)(hua)合(he)物。
Be原子(zi)(zi)的價電(dian)子(zi)(zi)層結(jie)構為(wei)2s2,它(ta)(ta)(ta)的原子(zi)(zi)半(ban)(ban)徑(jing)為(wei)89pm,Be2+離子(zi)(zi)半(ban)(ban)徑(jing)為(wei)31pm,Be的電(dian)負性(xing)為(wei)1.57。鈹由(you)于(yu)原子(zi)(zi)半(ban)(ban)徑(jing)和離子(zi)(zi)半(ban)(ban)徑(jing)特別(bie)小(xiao),電(dian)負性(xing)又相對(dui)較(jiao)高(gao),所以鈹形成共價鍵的傾向比較(jiao)顯著,不(bu)像同(tong)(tong)族(zu)(zu)其它(ta)(ta)(ta)元素(su)主(zhu)要形成離子(zi)(zi)型(xing)化(hua)合物。因此(ci)鈹常(chang)表現出不(bu)同(tong)(tong)于(yu)同(tong)(tong)族(zu)(zu)其它(ta)(ta)(ta)元素(su)的反(fan)常(chang)性(xing)質。
(1)鈹由于(yu)表面易形(xing)成致密的保護膜(mo)而不與水作用,而同族其它金屬鎂、鈣、鍶、鋇(bei)均(jun)易與水反應。
(2)氫(qing)氧(yang)化(hua)鈹(pi)是兩性的,而同族其它元素(su)的氫(qing)氧(yang)化(hua)物均是中(zhong)強(qiang)堿或強(qiang)堿性的。
(3)鈹鹽(yan)強烈地水解生成四面體型的(de)離子(zi)[Be(H2O)4]2+,Be-O鍵很強,這就削弱了(le)O-H鍵,因此水合鈹離子(zi)有失去質子(zi)的(de)傾向:
因此鈹(pi)鹽在純水中是(shi)酸性的。而同族其(qi)他元素(鎂除(chu)外(wai))的鹽均(jun)沒(mei)有水解(jie)作用。
1、氧化鈹
鈹在氧(yang)(yang)氣中燃燒,或(huo)鈹的碳酸鹽(yan)、硝(xiao)酸鹽(yan)、氫氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物加熱分解,都可以得到白色末狀的氧(yang)(yang)化(hua)(hua)鈹BeO,它的熔點為2803K,難溶于水,也不(bu)容易溶于乙醇,可用做耐高(gao)溫材料(liao)。BeO是共價型(xing)(xing)的,并具有44的硫化(hua)(hua)鋅(閃鋅礦(kuang)型(xing)(xing))結(jie)構(gou)。BeO不(bu)溶于水,但(dan)能(neng)溶于酸生成的鈹鹽(yan),也能(neng)溶于堿生成的鈹酸鹽(yan),BeO是兩性氧(yang)(yang)化(hua)(hua)物。
2、氫氧化鈹
氫氧化(hua)(hua)鈹是(shi)(shi)白色固體,在水中溶(rong)解度較小(xiao),它(ta)是(shi)(shi)兩(liang)性氫氧化(hua)(hua)物(wu),溶(rong)于酸形成Be2+,溶(rong)于堿(jian)形成[Be(OH)4]2-。
3、氫化鈹
Be不能與H2直接(jie)化合生(sheng)成氫(qing)化鈹(pi)(pi),但用(yong)氫(qing)化鋁鋰還原氯化鈹(pi)(pi)可以制得氫(qing)化鈹(pi)(pi)。
氫(qing)(qing)化鈹是共價型化合物,它的結構(gou)類似于(yu)乙硼烷的結構(gou),在兩(liang)個Be原子之間形成了氫(qing)(qing)橋鍵(jian)。
每個Be原(yuan)子同四個H原(yuan)子相(xiang)聯結,每個H原(yuan)子生成(cheng)兩(liang)(liang)個鍵。由(you)于Be原(yuan)子只有(you)2個價電(dian)子,在氫(qing)化(hua)鈹(pi)中沒有(you)足夠(gou)的電(dian)子去形(xing)成(cheng)正(zheng)常的電(dian)子對鍵(即(ji)兩(liang)(liang)個原(yuan)子之(zhi)間共用(yong)兩(liang)(liang)個電(dian)子),氫(qing)化(hua)鈹(pi)是缺電(dian)子化(hua)合(he)物。因此在Be-H-Be橋狀結合(he)中,生成(cheng)“香蕉(jiao)形(xing)”的三(san)中心(xin)兩(liang)(liang)電(dian)子鍵。這是一(yi)個簇狀化(hua)合(he)物。
4、氯化鈹
氯化鈹是共價型化合物,在(zai)空氣中會吸潮并由于水解而發煙:
BeCl2+H2O=BeO+2HCl
氯化鈹能升華(hua)并(bing)且(qie)不傳導(dao)電流(liu)。無水氯化鈹是聚合型的(BeCl?)?。
5、硫化鈹
硫化(hua)(hua)鈹(BeS)是(shi)灰白(bai)色粉末(mo),相(xiang)對(dui)密度2.36。可(ke)由氯化(hua)(hua)鈹和(he)無水(shui)硫化(hua)(hua)氫反應得到。
6、碳化鈹
碳(tan)化(hua)鈹(Be2C)為黃(huang)紅色固體,遇(yu)水(shui)分(fen)解。由鈹粉(fen)和優質石墨粉(fen)反(fan)應得到。
7、鈹的配合物
由于鈹是缺電(dian)子原子,它(ta)的鹵化物(wu)是路易(yi)斯酸,容易(yi)與電(dian)子對給予(yu)體(ti)形成配合物(wu)或加合物(wu)。因此鈹能生成許多配合物(wu)。
1923年美國物(wu)理化學(xue)家路易斯提(ti)出酸堿(jian)電(dian)子理論認(ren)為(wei):凡是可以接受電(dian)子對(dui)的(de)物(wu)質稱為(wei)酸,凡是可以給出電(dian)子對(dui)的(de)物(wu)質稱為(wei)堿(jian)。酸是電(dian)子對(dui)接受體,堿(jian)是電(dian)子對(dui)給予體。
鈹(pi)還能(neng)生成(cheng)許多(duo)穩定的(de)(de)螯合物(wu)。例如將氫氧化鈹(pi)與醋(cu)酸(suan)一起蒸(zheng)發,就生成(cheng)了(le)堿式醋(cu)酸(suan)鈹(pi)Be4O(CH3COO)6。這是一個(ge)共價化合物(wu),其中(zhong)4個(ge)Be原(yuan)子(zi)包(bao)圍(wei)著(zhu)一個(ge)中(zhong)心O原(yuan)子(zi),6個(ge)醋(cu)酸(suan)根Ac-則沿著(zhu)四面體(ti)的(de)(de)6條棱(leng)邊而排布。這個(ge)配合物(wu)是共價的(de)(de),并且能(neng)夠被蒸(zheng)餾,可用于鈹(pi)的(de)(de)提純。
在鈹(pi)的(de)其(qi)他螯合(he)(he)物(wu)中,如(ru)草酸鈹(pi)鹽、萘酚配合(he)(he)物(wu)和(he)乙酰丙(bing)酮(tong)配合(he)(he)物(wu)等,在這些(xie)螯合(he)(he)物(wu)中,鈹(pi)原子都是四(si)面(mian)體地被包(bao)圍著。鈹(pi)的(de)化合(he)(he)物(wu)有(you)(you)極高的(de)毒性就是由于(yu)它(ta)們有(you)(you)極高的(de)溶解(jie)度和(he)它(ta)們很容易形成配合(he)(he)物(wu)之故。
在周期表中,鈹與第IIIA族中的鋁(lv)處于(yu)對角線位置(zhi),它們的性質十分相似。
1.標準電極電勢相近:都是(shi)活潑金屬。
2.都是(shi)親氧元(yuan)素(su),金屬(shu)表面易形成氧化物保護膜,都能被濃HNO?鈍化。
3.均為兩(liang)性(xing)(xing)金屬。氫(qing)氧化物也均呈兩(liang)性(xing)(xing)。
4.氧化物BeO和Al2O3都具有(you)高熔點、高硬度。
5.BeCl2和AlCl3都是缺電子的共價型(xing)化合(he)物,通過橋鍵形成聚(ju)合(he)分子。
6.鈹鹽、鋁鹽都(dou)易水解(jie),水解(jie)顯酸性。
7.碳化鈹Be2C像(xiang)Al4C3一樣,水解時產生甲(jia)烷。
盡管Be和Al有(you)許多相(xiang)似(si)的化學性質,但兩者在人體(ti)(ti)內的生理(li)作用極不相(xiang)同。人體(ti)(ti)能容(rong)納適(shi)量的鋁(lv),卻不能有(you)一點兒鈹,吸(xi)入少量的BeO,就有(you)致命的危險。
鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)化(hua)(hua)合(he)物如氧化(hua)(hua)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)、氟(fu)化(hua)(hua)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)、氯化(hua)(hua)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)、硫化(hua)(hua)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)、硝酸(suan)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)等(deng)毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)較(jiao)大(da),而金(jin)屬鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)相對比較(jiao)小(xiao)些。鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)是(shi)全身性(xing)(xing)(xing)毒(du)(du)物。毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)大(da)小(xiao),取(qu)決于(yu)入體(ti)途徑、不同(tong)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)化(hua)(hua)合(he)物的(de)(de)(de)(de)理化(hua)(hua)性(xing)(xing)(xing)質(zhi)及(ji)實(shi)驗動物的(de)(de)(de)(de)種類。一(yi)般而言,可(ke)溶(rong)性(xing)(xing)(xing)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)的(de)(de)(de)(de)毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)大(da),難溶(rong)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)小(xiao);靜脈注入時毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)最(zui)大(da),呼吸道次(ci)之,經口及(ji)經皮(pi)毒(du)(du)性(xing)(xing)(xing)最(zui)小(xiao)。鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)進入人體(ti)后,難溶(rong)的(de)(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)主要(yao)儲(chu)存在肺(fei)部(bu),可(ke)引起肺(fei)炎。可(ke)溶(rong)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)(de)(de)鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)化(hua)(hua)合(he)物主要(yao)儲(chu)存在骨骼、肝臟、腎臟和淋(lin)巴結等(deng)處(chu),它們可(ke)與血漿蛋白作用,生成(cheng)蛋白復合(he)物,引起臟器或(huo)組織(zhi)的(de)(de)(de)(de)病變(bian)而致癌(ai)。鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)從人體(ti)組織(zhi)中排泄出去的(de)(de)(de)(de)速度極其(qi)緩慢。因此,接觸鈹(pi)(pi)(pi)(pi)(pi)及(ji)其(qi)化(hua)(hua)合(he)物要(yao)格外小(xiao)心(xin)。
鈹(pi)作為一種(zhong)新興材(cai)(cai)料日益被(bei)重視(shi),鈹(pi)是原子能、火箭、導彈、航空、宇宙航行以(yi)及(ji)冶金工業中不可缺少的寶(bao)貴(gui)材(cai)(cai)料。
1、在所有(you)的金屬中,鈹透過X射(she)線(xian)的能(neng)力(li)最強,有(you)金屬玻璃之(zhi)稱,所以鈹是(shi)制造X射(she)線(xian)管小窗口不可取代的材料。
2、鈹(pi)(pi)是原(yuan)子(zi)(zi)能工(gong)業之寶。在原(yuan)子(zi)(zi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)里(li),鈹(pi)(pi)是能夠提供(gong)大量(liang)中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)炮(pao)彈的中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)源(每秒(miao)鐘內能產(chan)生(sheng)幾(ji)十萬個中(zhong)(zhong)子(zi)(zi));鈹(pi)(pi)對(dui)快(kuai)中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)有(you)很強的減(jian)速(su)作用(yong),可(ke)以(yi)使裂(lie)變反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)連續(xu)不斷地進行下去,所以(yi)鈹(pi)(pi)是原(yuan)子(zi)(zi)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)中(zhong)(zhong)最(zui)(zui)好的中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)減(jian)速(su)劑。為(wei)了防(fang)止中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)跑出(chu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)危及工(gong)作人(ren)員的安全,反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)的四周得有(you)一(yi)圈中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)反(fan)(fan)射(she)層,用(yong)來(lai)強迫(po)那些企(qi)圖跑出(chu)反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)的中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)返回反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)中(zhong)(zhong)去。鈹(pi)(pi)的氧化物(wu)不僅能夠像鏡子(zi)(zi)反(fan)(fan)射(she)光線那樣把中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)反(fan)(fan)射(she)回去,而且熔點高,特別能耐高溫,是反(fan)(fan)應(ying)(ying)(ying)堆(dui)里(li)中(zhong)(zhong)子(zi)(zi)反(fan)(fan)射(she)層的最(zui)(zui)好材料(liao)。
3、鈹是優秀的(de)宇航(hang)材料。人造(zao)衛星的(de)重量每增加一公(gong)斤,運載(zai)火箭的(de)總重量就要增加大約500kg。制(zhi)造(zao)火箭和(he)衛星的(de)結(jie)構材料要求重量輕(qing)、強(qiang)度大。鈹比常(chang)用的(de)鋁和(he)鈦(tai)都輕(qing),強(qiang)度是鋼的(de)四(si)倍。鈹的(de)吸(xi)熱能力強(qiang),機械(xie)性能穩(wen)定。
4、在冶(ye)金(jin)工業中,含(han)鈹(pi)1%~3.5%的青銅叫做鈹(pi)青銅,機械性能(neng)比鋼好(hao),且抗(kang)腐蝕性好(hao),還保持有很高的導電(dian)性。被(bei)用(yong)來(lai)制造手表(biao)里(li)的游絲,高速軸承,海底電(dian)纜等。
5、含有一定數量鎳(nie)的(de)鈹青銅受(shou)撞擊時不產生火花,利(li)用這一奇妙的(de)性質(zhi),可制(zhi)作石油、礦山(shan)工業專用的(de)鑿子、錘子、鉆頭(tou)等,防止火災和爆(bao)炸事故(gu)。含鎳(nie)的(de)鈹青銅不受(shou)磁(ci)鐵吸引,可制(zhi)造防磁(ci)零(ling)件。
工(gong)業(ye)用(yong)(yong)(yong)鈹大部(bu)(bu)分以(yi)氧化鈹形態用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)鈹銅合金的生產小(xiao)部(bu)(bu)分以(yi)金屬鈹形態應用(yong)(yong)(yong),另有小(xiao)量用(yong)(yong)(yong)做氧化鈹陶(tao)瓷等(deng)。40年(nian)(nian)代前(qian)金屬鈹用(yong)(yong)(yong)做X光窗和(he)中子(zi)源(yuan)等(deng),從(cong)40年(nian)(nian)代中期到60年(nian)(nian)代初,主要用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)原子(zi)能領域,如利用(yong)(yong)(yong)鈹能使中子(zi)增殖作(zuo)試驗反(fan)(fan)應堆(dui)的反(fan)(fan)射層、減(jian)速劑(ji)和(he)核(he)武器部(bu)(bu)件(jian)(jian)等(deng)。1956年(nian)(nian)慣性(xing)導航系統首次使用(yong)(yong)(yong)鈹陀螺,從(cong)此開辟(pi)了鈹應用(yong)(yong)(yong)的重要領域。60年(nian)(nian)代鈹的主要用(yong)(yong)(yong)途轉入航天與(yu)航空領域,用(yong)(yong)(yong)于(yu)(yu)制(zhi)造飛行器的部(bu)(bu)件(jian)(jian)。
X射(she)線對鈹(pi)有很(hen)高(gao)的透過能力。鈹(pi)核被(bei)中(zhong)子、粒子、氘核及γ射(she)線撞擊或照(zhao)射(she)時(shi)產生中(zhong)子,因(yin)此(ci)鈹(pi)是一(yi)種(zhong)中(zhong)子源材料。鈹(pi)原(yuan)子的熱中(zhong)子吸收截面為0.009靶恩。