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什么是Be元素?
    

铍,化学符号:Be。原子序数4,原子量9.012182,莫氏硬度:5.5 ,为一种钢灰色的稀有金属,是最轻的碱土金属元素,也是最轻的结构金属之一。电离能9.322电子伏特。呈灰白色,质坚硬。熔点1278±5℃。沸点2970℃,密度1.85克/立方厘米,铍离子半径0.31埃,比其他金属小得多。和锂一样,也形成保护性氧化层,故在空气中即使红热时也很稳定。不溶于冷水,微溶于热水,可溶于稀盐酸,稀硫酸和氢氧化钾溶液而放出氢。金属铍对于无氧的金属钠即使在较高的温度下,也有明显的抗腐蚀性。铍价态为正2价,可以形成聚合物以及具有显著热稳定性的一类共价化合物。
  颜色和外表 银白色
  元素周期性质用途地壳含量 5×10-4 %
  原子属性
  原子量 9.01218 原子量单位
  原子半径 112 pm
  共价半径 90 pm
  范德华半径 无数据
  价电子排布 [氦]2s2
  电子在每能级的排布 2,2
  氧化价(氧化物) 2(两性的)
  晶体结构 六角形
  物理属性
  物质状态 固态
  熔点 1551 K(1278 °C)
  沸点 3243 K(2970 °C)
  摩尔体积 4.85×10-6m/mol
  汽化热 292.40 kJ/mol
  熔化热 12.20 kJ/mol
  蒸气压 4180 帕
  其他性质
  电负性 1.57(鲍林标度)
  比热 1825 J/(kg·K)
  电导率 31.3×106/(米欧姆)
  热导率 201 W/(m·K)
  第一电离能 899.5 kJ/mol
  第二电离能 1757.1 kJ/mol
  第三电离能 14848.7 kJ/mol
  元素在太阳中的含量:0.0001 (ppm)
  声音在其中的传播速率:12870(m/S)
  化学键能: (kJ /mol) Be-H 226 ,Be-O 523 ,Be-F 615 ,Be-Cl 293
  晶胞参数:a = 228.58 pm ,b = 228.58 pm ,c = 358.43 pm ,α = 90° ,β = 90° ,γ = 120°
  在没有特别注明的情况下使用的是国际标准基准单位单位和标准气温和气压
  铍的化学性质活泼,已发现的铍的同位素共有8种,包括铍6,铍7,铍8,铍9,铍10,铍11,铍12,铍14,其中只有铍9是稳定的,其他同位素都带有放射性。在自然界中存在于绿柱石、硅铍石和金绿宝石矿中,铍分布于绿柱石及猫睛石中。含铍的矿石有许多透明的、色彩美丽的变种,自古以来是最名贵的宝石。在我国古代文献中记载着这些宝石,如猫精,或称猫精石、猫儿眼、猫眼石,也就是我们现在称的金绿玉。这些含铍的矿石基本上都是绿柱石的变种。可由电解熔融的氯化铍或氢氧化铍而制得。它能形成致密的表面氧化保护层,即使在红热时,铍在空气中也很稳定。铍即能和稀酸反应,也能溶于强碱,表现出两性。铍的氧化物、卤化物都具有明显的共价性,铍的化合物在水中易分解,铍还能形成聚合物以及具有明显热稳定性的共价化合物。
  金属铍对液体金属的抗腐蚀性,与通用的综合剂乙二胺四乙酸(EDTA)的反应并不强,这在分析上是很重要的。铍可以形成聚合物以及具有显著热稳定性的一类共价化合物。铍用来制造飞机上用的合金、伦琴射线管、铍铝合金、青铜。也用作原子反应堆中的减速剂和反射剂。高纯度的铍又是快速中子的重要来源。这对设计核反应堆的热交换器是重要的,主要用作核反应堆的中子减速剂。铍铜合金被用于制造不发生火花的工具,如航空发动机的关键运动部件、精密仪器等。铍由于重量轻、弹性模数高和热稳定性好,已成为引人注目的飞机和导弹结构材料。
  铍具有毒性。每一立方米的空气中只要有一毫克铍的粉尘,就会使人染上急性肺炎——铍肺病。我国冶金行业已经使一立方米空气中的铍的含量降低到十万分之一克以下,圆满地解决了铍中毒的防护问题。跟铍相比,铍的化合物的毒性更大,铍的化合物会在动物的组织和血浆中形成可溶性的胶状物质,进而与血红蛋白发生化学反应,生成一种新的物质,从而使组织器官发生各种病变,在肺和骨骼中的铍,还可能引发癌症。
  铍透X射线的能力最强,有“金属玻璃”之称。其合金是航空,航天,军工,电子,核能等领域不可替代的战略金属材料。铍青铜是铜合金中性能最优良的弹性合金,具有良好的导热,导电,耐热,耐磨,耐腐蚀,无磁性,弹性滞后小,冲击时不产生火花等优点,被广泛应用于国防,仪表,仪器,计算机,汽车,家电等工业中。铍铜锡合金被用于制造在高温下工作的弹簧,此种弹簧在红热状态下仍保持良好的弹性和韧性;氧化铍可用于高温热电偶的耐热填充物。
  例如:适用于吹气模(风咀,剪口,模腔)及注塑模(模芯,模腔,顶针,塑孔栓,热流道系统配件及作镶件使用)。
  应用例:塑胶模、冲压模、橡胶模、拉拔模、压铸模等。
 铍的发现简史:
  
  绿宝石亦称祖母绿,翠绿晶莹,光彩夺目,是宝石中的珍品。它含有一种重要的稀有金属铍。铍的希腊文原意就是“绿宝石”的意思。绿宝石是绿柱石矿的变种。
  1798年,法国化学家沃克兰(Vauquelin Niclas Louis, 1763-1829)对绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现了铍。但是,单质铍在三十年后的1828年由德国化学家维勒(Friedrich Woler, 1800-1882)用金属钾还原熔融的氯化铍而得到的。
  克拉普罗特曾经分析过秘鲁出产的绿玉石,但他却没能发现铍。柏格曼也曾分析过绿玉石,结论是一种铝和钙的硅酸盐。18世纪末,化学家沃克兰应法国矿物学家阿羽伊的请求对金绿石和绿柱石进行了化学分析。沃克兰发现两者的化学成分完全相同,并发现其中含有一种新元素,称它为Glucinium,这一名词来自希腊文glykys,是甜的意思,因为铍的盐类有甜味。沃克兰在1798年2月15日在法国科学院宣读了他发现新元素的论文。由于钇的盐类也有甜味,后来维勒把它命名为Beryllium,它来源于铍的主要矿石──绿柱石的英文名称beryl。
 其它解释
  铍在作战时主要用于直刺和砍杀。秦以前铍首多用青铜铸造。汉代多用铁制,铍首比秦代铜铍显著加长,增强了杀伤的效能。关于铍的最早记载见于《左传》襄公十七年(公元前556年)"贼六人以铍杀诸卢门"。战国至汉初,战场上较普遍地使用铍。西汉军队有"长铍都尉"一职,可见铍在作战中的地位。西汉中期以后,铍的使用减少,并逐渐从战场上消失。
  似剑而长大得多。《说文》载:“铍,大钺也。一日,剑如刀装者。”考古发现有长柲的锋如长剑的兵器,所谓剑刀装者,实际是剑如矛装柄,此即古称之铍。铍见于战国时期,以前多误称为剑。
 百折不挠的铍青铜
  起初,因为冶炼技术不过关,炼出来的铍里含有杂质,脆性大,不好加工,加热时又容易氧化,所以少量的铍只是在特殊情况下使用,比如用X射线管的透光小窗、霓虹灯的零件等等。
  后来,人们给铍的应用开辟了一个广阔而又重要的新领域——制造合金,特别是制造铍铜合金——铍青铜。
  大家知道,铜比钢铁要软得多,弹性和抵抗腐蚀的能力也不强。但是,铜中加进一些铍后,铜的性能发生了惊人的变化。含铍百分之一到三点五的铍青铜,机械性能优良,硬度加强,弹性极好,抗蚀本领很高,而且还有很高的导电能力。用铍青铜制成的弹簧,可以压缩几亿次以上。
  百折不挠的铍青铜,最近又被用来制造深海探测器和海底电缆,这对海洋资源的开发具有重要的意义。
  含镍的铍青铜还有一个可贵的特点——受到撞击的时候不会产生火花。这个特点对炸药厂很有用。你想,易燃易爆的材料怕得就是火,比如炸药和雷管,一见火就会发生爆炸。而铁制的锤子、钻头等工具在使用时都会冒出火花,这怎么得了。很明显,用这种含镍的铍青铜来制造这些工具,是最合适的了,另外,含镍的铍青铜也不会被磁铁所吸引,不受磁场磁化,所以又是制造防磁零件的好材料。近年来,比重小、强度高、弹性好的铍,已经作为反射镜用到高精度的电视传真上,效果果然不错,发送一张照片只需要几分钟。
 给原子锅炉建造“住房”
  铍虽然有很多用处,但在众多元素中,它仍是一个默默无名的“小人物”,受不到人们的重视。但在本世纪五十年代时,铍的“命运”却大为好转,一时成了科学家们的抢手货。
  在无煤的锅炉——原子反应堆里,为了从原子核里解放出大量的能量,需要用极大的力量去轰击原子核,使原子核发生分裂,就像用炮弹去轰击坚固的炸药库,使炸药库发生爆炸一样。这个用来轰击原子核的“炮弹”叫中子,而铍正是一种效率很高的能够提供大量中子炮弹的“中子源”。原子锅炉中光有中子“点火”还不行,点火以后,还要使它真正“着火燃烧起来”。
  中子轰击原子核,原子核分裂,放出原子能,同时产生新的中子。新中子的速度极快,达到每秒几万公里。必须使这类快中子减慢速度,变成慢中子,才容易继续去轰击别的原子核而引起新的分裂,一变二、二变四……持续不断地发展“链式反应”,使原子锅炉里的原子燃料真正“燃烧”起来,正因为铍对中子有很强的“制动”能力,所以它就成了原子反应堆里效能很高的减速剂。
  这还不算,为了防止中子跑出反应堆,反应堆的周围需要设置“警戒线”——中子反射体,用来勒令那些企图“越境”的中子返回反应区。这样,一方面可以防止看不见的射线伤害人体健康,保护工作人员的安全;另一方面又能减少中子逃跑的数量,节省“弹药”,维持核裂变的顺利进行。
  铍的氧化物比重小,硬度大,熔点高达摄氏二千四百五十度,而且能够像镜子反射光线那样把中子反射回去,正是建造原子锅炉“住房”的好材料。
  现在,几乎各种各样的原子反应堆都要用铍作中子反射体,特别在建造用于各种交通工具的小型原子锅炉时更需要。建造一个大型的原子反应堆,往往需要动用二吨多金属铍。
 在航空工业中大显身手
  航空工业的发展要求飞机飞得更快、更高、更远,重量轻、强度大的铍当然也可以在这方面显一下自己的本领。
  有些铍合金是制造飞机的方向舵、机翼箱和喷气发动机金属构件的好材料。现代化战斗机上的许多构件改用铍制造后,由于重量减轻,装配部分减少,使飞机的行动更加迅速灵活。有一种新设计的超音速战斗机——铍飞机,飞行速度可达每小时四千公里,相当于声速的三倍多。在将来的原子飞机和短距离起落的飞机上,铍和铍的合金一定会得到更多的应用。
  进入二十世纪六十年代以后,铍在火箭、导弹、宇宙飞船等方面的用量也在急剧增加。
  铍是金属中最好的良导体。现在有许多超音速飞机的制动装置是用铍来制造的,因为它有极好的吸热、散热的性能,“刹车”时产生的热量很快就会散失。
  当人造地球卫星和宇宙飞船高速穿越大气层的时候,机体与空气分子摩擦会产生高温。铍作为它们的“防热外套”,能够吸收大量的热量并很快地激发出去,这样就可防止温度过度升高,保障飞行安全。
  铍还是高效率的火箭燃料。铍在燃烧的过程中能释放出巨大的能量。每公斤铍完全燃烧放出的热量高达15000千卡,是一种优质的火箭燃料。
 化学元素详解元素
  地质数据
  丰 度 滞留时间/年: 4000
  太阳(相对于 H=1 × 1012): 14 海水中/ p.p.m.
  地壳/p.p.m.: 2.6 大西洋表面: 8.8 × 10-8 太平洋表面: 3.5 × 10-8
  大西洋深处: 17.5 × 10-8 太平洋深处: 22 × 10-8
  人体中含量:
  肝/p.p.m.: 0.0016 ,器官中: 肌肉/p.p.m.: 0.00075,血/mg dm-3 : < 1 × 10-5 日摄入量/mg: 0.01 ,骨/p.p.m.: 0.003 人(70Kg)均体内总量/mg: 0.036
  性状:灰白色,本身并不硬,但在表面形成氧化铍膜时就变得象钢铁一样硬。
  溶解度:溶于酸或有腐蚀作用的液体。 与水反应生成氢氧化铍,与稀硝酸反应生成氧化铍。
 毒理
  全身性毒物。毒性的大小,取决于入体途径、不同铍化合物的理化性质及实验动物的种类。例如硫酸铍LD50对小鼠经口为100mg/kg, 静脉注射为0.5mg/kg,腹腔注射为200mg/kg;对大鼠经口为98mg/kg,静脉注射则为7.2mg/kg。氧化铍静脉注射的LD,大鼠为11.2mg/kg,兔为1_2mg/kg,狗则为5_20mg/kg。一般而言,可溶性铍的毒性大,难溶性的毒性小;静脉注入时毒性最大,呼吸道次之,经口及经皮毒性最小。
  1急性毒性:引起急性或慢性铍中毒,与铍化合物的种类有关。例如低温炼制的氧化铍、氢氧化铍等铍盐均能引起急性铍中毒。
  2慢性毒性:含铍的荧光粉及高温炼制的氧化铍则多引起慢性铍中毒。国内实验性铍中毒的结果表明,除在动物肺脏可见肉芽肿结节外,肝脏普遍出现肝细胞肿胀变性、脂肪变性及小灶性肝细胞坏死等。近年认为,含较量不高的各种铍合金仍可引起铍肺。
  3诱变性:未见报道。
  4致癌性:已知铍能诱发某些动物的恶性肿瘤,如兔的骨肉瘤,大鼠的肺瘤,甚至个别猴的肺癌等。晚近还发现吸入一贯被认为毒性不大的绿柱石粉尘后,19只大鼠中有18只出现肺部肿瘤。但至今尚未证实铍对人有致癌作用。
  5致畸性:未见报道。
  6体内转归:铍化合物的主要入体途径为呼吸道。铍不能经完整皮肤侵入;但经创伤表皮入体的铍量比经无创伤表皮要大50倍。经口进入的铍吸收率很低,一般均<1%。大部分可溶性铍盐在肠道可形成磷酸盐沉积,不被吸收。吸收后的铍,可能以磷酸铍和氢氧化铍的形式输送。铍能与血液中或淋巴液中的蛋白质结合。 动物实验表明,铍在体内的分布,视化合物的溶解度而异。吸入可溶性铍盐(如氟化铍、硫酸铍)时,主要沉积于骨骼系统;而吸入不溶性铍盐(如氧化铍)时,则主要滞留于上呼吸道和肺脏;静脉或肌内注射胶体铍时,首先沉积于肝脏,然后部分排出,部分移入骨中;随食物摄入硫酸铍时,除胃肠道、肝脏和骨骼外,其他组织基本上无铍。铍主要经肠道排出,部分可经肾排出。它甚至可穿透胎盘屏障。
  7中毒机制:铍为剧烈的原浆毒,动物由静脉注入硫酸铍溶液后,肝、脾、肾、骨髓等器官有广泛坏死性病灶,并有溶血和出血现象;存活动物的受损 害器官组织逐渐出现纤维增殖反应。吸入大量金属铍或其化合物可引起肺炎或肺水肿。显然,铍具有全身性的毒性作用。但其作用机理,目前尚未完全阐明,主要的假说有三:(一)免疫病理假说 铍作为一种半抗原,在机体内与蛋白质(载体)结合,形成一系列反应直至发病,因铍-特异抗原 铍-特异抗体+铍 铍抗原抗体反应 铍病。(二)酶系统扰乱假说 铍能扰乱多种酶系统,产生酶活性改变导致生化、病理改变。(三)诱发假说 最近有人认为肾上腺皮质功能失调能诱发隐性铍病,用以解释某些慢性铍肺经很长潜伏期后发病。
  8治疗
  40年代初期开始逐步确认铍及其化合物对人的危害。铍及其化合物的粉尘、烟雾能引起人体很多器官的急性或慢性中毒。急性中毒是在短时间接触或吸入大量毒物引起的,病症包括接触性皮炎,皮肤溃疡,眼结膜炎,呼吸系统的鼻粘膜炎、咽炎、支气管炎、化学性肺炎等。慢性中毒是迟发性的,发病时间可迟至接触毒物后20年。主要表现为肺部的长期延续性病变。
  铍的毒害主要产生于粉尘、烟雾的吸入和接触,各国曾制定了防范性的卫生标准。1949年美国确定的空气含铍允许浓度的标准:①车间工作时间内空气中铍的浓度平均不得超过2微克/米;②任何时间一次检测车间空气中的铍浓度不得超过25微克/米;③铍厂邻近地区空气中铍的月平均浓度不应超过0.01微克/米。
  除呼吸系统症状外,常有消化系统症状,以及肝脏肿大。个别报道,有些急性铍中毒患者于发病后15_20d,逐渐出现黄疸、肝大而有压痛,尿胆红质强阳性以及谷-丙转氨酶明显增高。肝活体组织检查发现,肝细胞有点状坏死,嗜酸性变,间质有炎症浸润和纤维化,肝窦枯否细胞增生。大部分急性中毒患者经治疗后可恢复,少数可转归为慢性。
  8.1.2诊断
  急性铍中毒的诊断不很困难。患者短期内曾接触较大浓度的铍,并在开始时有铸造热样临床表现;肺部的细支气管炎与“支气管肺炎”样的病变发生在接触毒物之后;与一般感染性病变不同,抗菌药物治疗的效果不很满意。这些情况都提示有急性铍中毒的可能。
  8.1.3治疗
  强的松每次5一10mg,每次4_6h。病情显著好转后,逐渐减少剂量。绝大多数患者可以完全治愈。一小部分急性中毒患者可能转为慢性。
  8.2慢性铍肺
  主要是金属铍及其氧化物所引起的肺内弥漫性肉芽肿性病变,病程很长,最终可发生呼吸衰竭。慢性铍肺患者,绝大多数过去并无急性铍中毒病史,接触铍及其化合物的时间与发病似无明确关系。
  8.2.1临床表现:
  其临床表现,一般具有下列两个特点:
  潜伏期长。有些患者的肺部改变可出现在脱离接触后1一10年,甚至更长。
  明显的进行性的呼吸道症状及全身症状。主要因肺部肉芽肿及铍引起的全身中毒反应所致。表现为明显的持续性体重减轻、疲劳、食欲不振、劳累后呼吸困难、胸闷、胸痛、咳嗽。少数患者可见间歇热。胸部体检可能无明显体征,有时出现罗音和胸膜摩擦音。晚期常出现明显紫绀及杵状指,端坐呼吸,右心扩大,水肿和右心衰竭。慢性肺肉芽肿有明显的X线征象。有人将其分为三期:1.“飞砂”期 肺野出现细小的、弥散的、对称的颗粒阴影,有如细砂纸遍布肺野边缘部分,并侵及肺尖。2.肺门阴影增加 在颗粒背景上出现广泛的网状纹理。3.“暴雪”期 全肺出现清晰的结节状阴影,直径为1_5mm,互不融合,也不钙化。网状和结节阴影之间可见很多小的肺气肿透亮区。这期病变与结节病极为相似。
  根据X线所见慢性铍肺的发展过程可能为:正常 颗粒阴影 网状阴影 结节阴影。但是每个病例并不是都按上述规律发展。各期是否实质上属于不同类型的变化,尚无定论。 X线征象与临床表现常不一致,有时肺部可见明显病变而患者尚无自觉症状。
  8.2.2诊断
  慢性铍肺的诊断,尤其在早期,有一定困难。有人提出诊断应基于两类指标:其一是流行病学指标,即确实的铍接触史及群体发病史。另一是临床指标,包括: X线征象有弥漫性致密阴影; 呼吸功能不全,先是肺容积或弥散功能下降,以后随纤维化程度增加而出现阻塞性损害; 间质性肺炎; 全身症状,包括明显的持续性体重减轻、疲乏和食欲不振等; 尿或组织中铍含量测定。要确立诊断,必须包括肯定的接触史以及最少具备前两项临床指标。
  确定放接触史有时有困难,因潜伏期长,一些客观接触指标尚不够满意。近年来国外采用了若干免疫学指标,来研究铍病的诊断和进行病情评估:包括血清中球蛋白组分、免疫球蛋白、特异抗体测定等体液免疫指标,以及铍皮肤斑贴试验,淋巴细胞转化率检测,巨噬细胞或白细胞移动抑制试验、T淋巴细胞及B淋巴细胞测定等细胞免疫指标。并认为铍病活动初期以细胞免疫反应为主;在铍病稳定期及病情缓解期,以体液免疫为主。所有上述指标,可表明机体具有铍超敏性反应,可辅助铍病的鉴别诊断,并作为病情评估的依据。国内亦有使用铍斑贴试验及铍激发活性玫瑰花试验的。有人认为尿铍是另一良好的
  接触指标,能反映机体接触铍的水平。但尿铍排出无规律,且与疾病严重程度和接触时间长短无关。
  有些作者主张进行肺组织活体穿刺并测定其铍含量作为诊断的一项指标。但操作有一定危险性,且肺组织含量波动范围大,因此不宜用作诊断指标或接触指标。
  X线诊断铍肺须与矽肺、粟粒性肺结核、结节病等相鉴别。混合性粉尘,例如SiO2与金属铍或氧化铍所引起的混合性肺硬化的诊断问题亦待解决。在进行鉴别时,应强调依靠职业史、临床表现、X线所见、皮肤斑试、一些生化指标以及激素治疗效果等进行综合分析。
  呼吸功能检查是铍肺诊断和劳动能力鉴定的重要指标,并能反映病情的预后。
  8.2.3治疗
  开始时用强的松15_20mg/d,数周后,可减少剂量至5_10mg,继续使用。最近有人提出开始剂量不超过15mg/d,并逐渐减量,使20_30d期间的总量达175_250mg,有利于维持体内镁、钙等矿物质代谢平衡。有人则主张采用激素问歇治疗,强的松剂量为15_30皿8/6,每疗程30_45d,每年2个疗程,同时还采用其它对症治疗,连续治疗2_5年不等,获得了良好的效果。 络合剂疗法 鉴于铍能在组织内蓄积,考虑使用络合剂驱铍。
  9预防
  9.1接触控制
  铍的生产工艺过程应做到密闭化、机械化,尽可能采用湿式作业,避免高温加工。
  排放含铍空气应经净化处理。
  必须做好含铍废气、废水、废渣的处理,要尽量做到回收及综合利用。
  9.2就业禁忌症
  慢性呼吸系统疾病,如慢性支气管炎、支气管扩张、支气管喘息、肺气肿、活动性肺结核等; 明确的慢性肝脏疾患; 慢性肾脏疾思; 心脏病。
  9.3监护性体检
  接触铍工人均须定期进行体格检查。每半年或一年一次,重点应注意X线胸片、体重、肝功能和呼吸功能的改变等。具体检查项目可结合情况增减。有条件时可考虑进行每周一次的简易个人健康检查
  9.4个人防护及作业防护
  注意个人卫生,工作时穿戴工作服和鞋帽,工作后淋浴,工作服严格处理,不任意携出厂外,并最好用机器洗涤。加强局部通风,尽可能做到远距离操作或自动控制。避免直接用手接触铍及其化合物。
元素性质详细说明:
  铍单质
  铍在地壳的含量为0.0006%,主要矿物有绿柱石矿、硅铍石、金绿宝石。
  铍是钢灰色金属,熔点(1551K)、沸点(3243K)较高,密度为1.85gcm-3,比镁稍重,但比铝还轻1/3,属于轻金属。铍的硬度比同族金属高,不像钙、锶、钡可以用刀子切割。
  1.铍的反常性质
  Be原子的价电子层结构为2s2,它的原子半径为89pm,Be2+离子半径为31pm,Be的电负性为1.57。铍由于原子半径和离子半径特别小(不仅小于同族的其它元素,还小于碱金属元素),电负性又相对较高(不仅高于碱金属元素,也高于同族其它各元素),所以铍形成共价键的倾向比较显著,不像同族其它元素主要形成离子型化合物。因此铍常表现出不同于同族其它元素的反常性质。
  (1)铍由于表面易形成致密的保护膜而不与水作用,而同族其它金属镁、钙、锶、钡均易与水反应。
  (2)氢氧化铍是两性的,而同族其它元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性的。
  (3)铍盐强烈地水解生成四面体型的离子[Be(H2O)2]2+,Be-O键很强,这就削弱了O-H键,因此水合铍离子有失去质子的倾向:
  因此铍盐在纯水中是酸性的。而同族其它元素(镁除外)的盐均没有水解作用。
  2.铍的制备方法
  铍属于活泼金属,它的制备方法:
  (1)电解无水熔融的铍盐,如氯化铍。
  (2)用金属镁还原氟化铍。
  3. 铍的重要应用
  铍作为一种新兴材料日益被重视,铍是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。
  (1)在所有的金属中,铍透过X射线的能力最强,有金属玻璃之称,所以铍是制造X射线管小窗口不可取代的材料。
  (2)铍是原子能工业之宝。在原子反应堆里,铍是能够提供大量中子炮弹的中子源(每秒钟内能产生几十万个中子);铍对快中子有很强的减速作用,可以使裂变反应连续不断地进行下去,所以铍是原子反应堆中最好的中子减速剂。为了防止中子跑出反应堆危及工作人员的安全,反应堆的四周得有一圈中子反射层,用来强迫那些企图跑出反应堆的中子返回反应堆中去。铍的氧化物不仅能够像镜子反射光线那样把中子反射回去,而且熔点高,特别能耐高温,是反应堆里中子反射层的最好材料。
  (3)铍是优秀的宇航材料。人造卫星的重量每增加一公斤,运载火箭的总重量就要增加大约500kg。制造火箭和卫星的结构材料要求重量轻、强度大。铍比常用的铝和钛都轻,强度是钢的四倍。铍的吸热能力强,机械性能稳定。
  (4)在冶金工业中,含铍1%至3.5%的青钢叫做铍青铜,机械性能比钢好,且抗腐蚀性好,还保持有很高的导电性。被用来制造手表里的游丝,高速轴承,海底电缆等。
  (5)含有一定数量镍的铍青铜受撞击时不产生火花,利用这一奇妙的性质,可制作石油、矿山工业专用的凿子、锤子、钻头等,防止火灾和爆炸事故。含镍的铍青铜不受磁铁吸引,可制造防磁零件。
  4.铍对人体的毒害
  铍的化合物如氧化铍、氟化铍、氯化铍、硫化铍、硝酸铍等毒性较大,而金属铍的毒性相对比较小些。
  铍进入人体后,难溶的氧化铍主要储存在肺部,可引起肺炎。可溶性的铍化合物主要储存在骨骼、肝脏、肾脏和淋巴结等处,它们可与血浆蛋白作用,生成蛋白复合物,引起脏器或组织的病变而致癌。铍从人体组织中排泄出去的速度极其缓慢。因此,接触铍及其化合物要格外小心。
  铍的化合物
  1.氧化铍
  铍在氧气中燃烧,或铍的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物加热分解,都可以得到白色末状的氧化铍BeO,它的熔点为2803K,难溶,可用做耐高温材料。BeO是共价型的,并具有44的硫化锌(闪锌矿型)结构。BeO不溶于水,但能溶于酸生成的铍盐,也能溶于碱生成的铍酸盐,BeO是两性氧化物。
  图1 BeO的结构
  2.氢氧化铍
  氢氧化铍是白色固体,在水中溶解度较小,293K时为810-6gcm-3,它是两性氢氧化物,在强碱性溶液中生成[Be(OH)4]2-离子:
  3.氢化铍
  Be不能与H2直接化合生成氢化铍,但用氢化铝锂Li[AlH4]还原氯化铍可以制得氢化铍。
  氢化铍是共价型化合物,并且是多聚的(BeH2)n 。多聚的(BeH2)n是固体,它的结构类似于乙硼烷的结构,在两个Be原子之间形成了氢桥键。
  每个Be原子同四个H原子相联结,每个H原子生成两个键。由于Be原子只有2个价电子,在氢化铍中没有足够的电子去形成正常的电子对键(即两个原子之间共用两个电子),氢化铍是缺电子化合物。因此在Be--H--Be桥状结合中,生成“香蕉形”的三中心两电子键。这是一个簇状化合物。
  4. 氯化铍
  氯化铍是共价型化合物,在空气中会吸潮并由于水解而发烟:
  BeCl2+H2O=BeO+2HCl
  氯化铍能升华并且不传导电流。无水氯化铍是聚合型的(BeCl2)2 。
  5.铍的配合物
  由于铍是缺电子原子,它的卤化物是路易斯酸,容易与电子对给予体形成配合物或加合物。因此铍能生成许多配合物。
  1923年美国物理化学家路易斯提出酸碱电子理论认为:凡是可以接受电子对的物质称为酸,凡是可以给出电子对的物质称为碱。酸是电子对接受体,碱是电子对给予体。
  例如氟化铍 BeF2很容易同额外的F-离子配位生成四氟合铍酸根配离子[BeF4]-,Be在配合物中是4配位的, Be原子采取sp3杂化,[BeF4]2-配离子是四面体构型。
  铍还能生成许多稳定的螯合物。例如将氢氧化铍与醋酸一起蒸发,就生成了碱性醋酸铍Be4O(CH3COO)6。这是一个共价化合物,其中4个Be原子包围着一个中心O原子,6个醋酸根Ac-则沿着四面体的6条棱边而排布。这个配合物是共价的,并且能够被蒸馏,可用于铍的提纯。
  在铍的其它螯合物中,如草酸铍盐、萘酚配合物和乙酰丙酮配合物等,在这些螯合物中,铍原子都是四面体地被包围着。铍的化合物有极高的毒性就是由于它们有极高的溶解度和它们很容易形成配合物之故。
  铍与铝的相似性
  在周期表中,铍与第IIIA族中的铝处于对角线位置,它们的性质十分相似。
  1.标准电极电势相近:都是活泼金属。
  2.都是亲氧元素,金属表面易形成氧化物保护膜,都能被浓HNO3钝化。
  3.均为两性金属。氢氧化物也均呈两性。
  4.氧化物BeO和Al2O3都具有高熔点、高硬度。
  5.BeCl2和AlCl3都是缺电子的共价型化合物,通过桥键形成聚合分子。
  6.铍盐、铝盐都易水解,水解显酸性。
  7.Be2C像Al4C3一样,水解时产生甲烷。
  尽管Be和Al有许多相似的化学性质,但两者在人体内的生理作用极不相同。人体能容纳适量的铝,却不能有一点儿铍,吸入少量的BeO,就有致命的危险
  已知含铍矿物有30多种,但直到1968年,其中仅绿柱石具有工业价值。绿柱石是一种铍铝硅酸盐,其通式为3BeOAlO6SiO,理论上含BeO近14%。实际上BeO含量一般为9~13%;主要产于巴西、阿根廷、印度、南非等。中国新疆、江西等地也出产。1968年开始使用含水硅铍石 [BeSiO(OH)]制铍。含水硅铍石中氧化铍的理论含量为39~42%,但是工业矿物呈高度分散状态,氧化铍含量只有1.7~2.5%;主要产于美国。
  性质和用途 铍在室温下的抗氧化能力近似铝,在干燥空气中于600可长时间抗氧化;于800可短时间抗氧化。铍在低温高纯水中具有优良的抗蚀性。室温下,铍易与稀硫酸反应,与浓硫酸反应缓慢;与稀硝酸和醋酸发生反应,与浓硝酸和冰醋酸不发生反应;但在高温下则与浓硝酸发生反应。铍与浓的碱溶液激烈反应;在略高于铍熔点的温度下,与碳反应生成碳化铍;略高于900时可与氮作用;1000下粉末状金属可与氨作用生成氮化铍。
  X 射线对铍有很高的透过能力。铍核被中子、 粒子、氘核及γ射线撞击或照射时产生中子,因此铍是一种中子源材料。铍原子的热中子吸收截面为 0.009靶恩。
  [铍的主要物理性质]
  工业用铍大部分以氧化铍形态用于铍铜合金的生产(见),小部分以金属铍形态应用,另有小量用做氧化铍陶瓷等。40年代前金属铍用做 X光窗和中子源等,从40年代中期到60年代初,主要用于原子能领域,如利用铍能使中子增殖作试验反应堆的反射层、减速剂和核武器部件等。1956年惯性导航系统首次使用铍陀螺,从此开辟了铍应用的重要领域。60年代铍的主要用途转入航天与航空领域,用于制造飞行器的部件(见)。
  1980年世界铍矿石的生产能力(以铍计)约为1315吨。实际产量受军备、原子能和空间计划的影响,波动较大。1972~1974年,世界铍矿的年产量(以铍计)约为185吨。1976年以后,美国铍的消费量逐年增长,1980年达到 300吨。1977~1980年铜铍中间合金中铍的价格为135美元/公斤,纯铍265~307美元/公斤,陶瓷级氧化铍为57美元/公斤。绿柱石精矿(BeO10~12%)为75~85美元/短吨。
  工业上金属铍的生产一般分为两步:第一步是从绿柱石中提取氧化铍,第二步是由氧化铍制取金属铍。
  氧化铍的提取 有硫酸盐法和氟化物法。
  硫酸盐法 先将绿柱石在1600~1700熔融,熔体用冷水水淬,得到的细粒状玻璃体,磨细到-200目,与浓硫酸混合,在250~300反应,使铍、铝氧化物转化成水溶性硫酸盐,而二氧化硅则不与硫酸发生反应,入渣弃去。在浸出液中加氨中和游离的硫酸,产生的硫酸铵同硫酸铝化合形成铝铵矾[NHAl(SO)12HO]沉淀,从而使铝大部除去。然后利用铍、铝离子在碱性溶液中稳定性的不同,使铍、铝进一步分离。例如在溶液中加入乙二胺四乙酸(EDTA)螯合剂和氢氧化钠可使铝、铁、铬、锰、稀土等杂质保持在溶液中。然后把溶液加热到接近沸点,铍酸钠便水解生成氢氧化铍沉淀而与杂质分离。于750~800煅烧氢氧化铍,即成工业氧化铍。
  氟化物法 将磨细的绿柱石和氟硅酸钠或氟铁酸钠混合制块,在750烧结,矿石中的铍转化为水溶性的氟铍酸钠,而铝、铁、硅等仍保留氧化物状态。烧结块磨细后,用水浸出、过滤,滤液中加入氢氧化钠,得到铍酸钠溶液。煮沸溶液,铍酸钠便水解沉淀,得到工业纯氢氧化铍,再煅烧成氧化铍。残液用硫酸高铁处理,生成氟铁酸钠沉淀,回用制块。此法铍的回收率在90%以上,比硫酸盐法高。
  从含水硅铍石提取 60年代末开始以含水硅铍石为提取铍的原料。这种原料中的铍呈简单的硅酸盐形态,用硫酸在近沸温度直接浸出。所得铍溶液,用处理,以D2EHPA[二(2-乙基己基)磷酸]煤油萃取,铍进入有机相,然后用碳酸铵溶液反萃,反萃液通过分步水解,除去铁和铝,最后加热到95,得Be(OH)2BeCO沉淀。
  金属铍的生产 氧化铍极难直接还原成金属,生产中先将氧化铍转化为卤化物,然后再还原成金属。有两种工艺:氟化铍镁还原法(见)和氯化铍熔盐电解法。
  氟化铍镁还原法 将氢氧化铍溶于氟氢化铵(NHFHF)溶液中,得氟铍酸铵 [(NH)BeF]溶液。然后加碳酸钙除铝;加过氧化铅(PbO)除锰、铬;加多硫化铵[(NH)S]除重金属杂质,经真空蒸发、浓缩结晶得纯净的氟铍酸铵。结晶在900进行热分解,得熔融氟化铍,铸成小锭,用于还原。镁还原按BeF+[hjm]g─→Be+[hjm]gF进行反应。还原过程开始于 900,结束时升至1300,以利金属与渣分离。生产中镁的用量通常只有化学计算值的70%。过量的氟化铍可以降低渣的熔点和粘度,有助于金属铍的聚结和渣的分离,还能防止因反应放热而使温度急升,引起镁的大量挥发。在还原产物进行水浸处理时,过量的氟化铍迅速溶解,使金属铍珠更易分离。还原所得金属铍珠经真空熔炼,除去未反应的镁、氟化铍和氟化镁等杂质后,铸成铍锭。
  氯化铍熔盐电解法 先将氧化铍和碳还原剂混合,加焦油等粘结剂制成球团,在900以上焦化,所得焦化块装入氯化炉,在700~900通入氯气进行氯化,得到氯化铍。氯化铍在镍制坩埚内进行。坩埚内放置镍制圆筒作阴极,中心悬置石墨棒作阳极。纯无水氯化铍与等量的纯氯化钠混合、熔融,在350下进行电解。电解周期结束后取出沉积物,用冰水浸洗,除去熔盐,得到鳞片状的金属铍。经真空熔炼,浇铸成锭。
  为制备较高纯度的铍,可将粗铍用真空蒸馏、熔盐电解精炼或等方法进行精炼。
  化学铍元素对生男育女确有影响。
  曾在广东有某一山区的村寨里,前数年连续出生的尽是女孩,人们急了,照这样下去,这个地区岂不会变成女儿国了吗?有的人求神佛,也济于事。 有位风水老者开言道:“地质队在后龙山寻矿,把龙脉破坏了,这是坏了风水的报应啊!”于是,迷信的村民,千方百计地找到了原来在此地探矿的地质队,闹着要他们赔“风水”。地质队又回到了这个山寨,进行了深入的调查,终于找到了原因。原来是在探矿的时候,钻机把地下含铍的泉水引了出来,扩散了铍的污染,使饮用水的铍含量大为提高,长时间饮用这种水,而导致生女而不生男。经过治理,情况得到了好转,在“女儿国”里又出生男孩了。
 


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    时间:2011年11月28日 20:51:48 来源:紧固件百科 作者: 上一篇:什么是Li元素? 下一篇:什么是Zr元素?  (电脑版  手机版)
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