เบริลเลียม: ประวัติโครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี - 2025

เบริลเลียมเป็นองค์ประกอบโลหะที่อยู่ในกลุ่มที่ 2 หรือไอไอเอของตารางธาตุ เป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ ที่เบาที่สุดในกลุ่มและแสดงด้วยสัญลักษณ์ Be อะตอมและไอออนบวกของมันยังมีขนาดเล็กกว่าอะตอมของมัน (Mg, Ca, Sr … )

เนื่องจากความหนาแน่นของประจุไฟฟ้าที่ผิดปกติจึงมักจะไม่เกิดการแยกตัว เป็นที่ทราบกันดีว่ามีแร่ธาตุประมาณ 30 ชนิด ได้แก่ เบริล (3BeO · Al ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O), bertrandite (4BeO.2SiO ₂ .2H ₂ O), chrysoberyl (BeAl ₂ O ₄ ) และฟีนาไคต์ (Be ₂ Si ₄ )

นักเก็ตเมทัลลิกเบริลเลียม ที่มา: W. Oelen

มรกตเป็นอัญมณีชนิดหนึ่งของเบริล อย่างไรก็ตามเบริลเลียมบริสุทธิ์ไม่ได้โดดเด่นมากนัก มีเงาสีเทาซีด (ภาพบนสุด) และได้รับในรูปแบบของเมล็ดพืชหรือคอร์เซ็ต

เบริลเลียมมีคุณสมบัติทางกายภาพลักษณะหนึ่ง มีความหนาแน่นต่ำ การนำความร้อนและไฟฟ้าสูงตลอดจนความสามารถในการระบายความร้อนและการกระจายความร้อน ไม่ใช่โลหะแม่เหล็ก และยังมีการผสมผสานระหว่างความแข็งแกร่งและความยืดหยุ่นที่เหมาะสม

คุณสมบัติทั้งหมดนี้ทำให้เบริลเลียมเป็นโลหะที่มีการใช้งานมากมายตั้งแต่การใช้ในโลหะผสมกับทองแดงในการผลิตเครื่องมือไปจนถึงการใช้ในจรวดเครื่องบินรถยนต์เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์อุปกรณ์เอ็กซ์เรย์เสียงสะท้อน แม่เหล็กนิวเคลียร์ ฯลฯ

เบริลเลียมมี 10 ไอโซโทปที่รู้จักตั้งแต่⁵ Be ถึง¹⁴ Be โดย⁹ Be เป็นหนึ่งเดียวที่เสถียร ในทำนองเดียวกันมันเป็นโลหะที่มีพิษร้ายแรงโดยเฉพาะอย่างยิ่งมีผลต่อระบบทางเดินหายใจดังนั้นจึงมีข้อ จำกัด ในการใช้งาน

ประวัติการค้นพบ

เบริลเลียมถูกค้นพบโดย Louis-Nicolas Vauguelin ในปี พ.ศ. 2341 เป็นองค์ประกอบของแร่เบริลล์และซิลิเกตของอะลูมิเนียมและเบริลเลียม

ต่อมา Frederic Wöhlerนักเคมีชาวเยอรมันในปี พ.ศ. 2371 ประสบความสำเร็จในการแยกเบริลเลียมโดยทำปฏิกิริยาโพแทสเซียมกับเบริลเลียมคลอไรด์ในเบ้าหลอมทองคำขาว

ในขณะเดียวกัน Antoine Bussy นักเคมีชาวฝรั่งเศสก็สามารถแยกเบริลเลียมได้เช่นกัน Wöhlerเป็นคนแรกที่แนะนำชื่อเบริลเลียมสำหรับโลหะ

มันได้รับชื่อปัจจุบันในปี 2500 เนื่องจากก่อนหน้านี้รู้จักกันในชื่อกลูซิเนียมเนื่องจากมีรสหวานของเกลือบางชนิด แต่เพื่อหลีกเลี่ยงความสับสนกับสารประกอบรสหวานอื่น ๆ และด้วยพืชที่เรียกว่ากลูซินจึงตัดสินใจเปลี่ยนชื่อเป็นเบริลเลียม

โครงสร้างของเบริลเลียม

โครงสร้างผลึกของเบริลเลียม ที่มา: ผู้ใช้: Dornelf

เบริลเลียมเป็นโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ ที่เบาที่สุดควรคาดว่าปริมาตรของอะตอมจะน้อยที่สุด อะตอมของเบริลเลียมมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันผ่านพันธะโลหะในลักษณะที่ "ทะเลอิเล็กตรอน" และแรงผลักระหว่างนิวเคลียสทำให้โครงสร้างของผลึกเกิดขึ้น

จากนั้นจะเกิดผลึกเบริลเลียมสีดำขึ้น คริสตัลเหล่านี้มีโครงสร้างหกเหลี่ยม (ภาพบน) โดยที่อะตอมของ Be แต่ละตัวจะมีเพื่อนบ้าน 6 ด้านและอีก 3 ตัวในระนาบด้านบนและด้านล่าง

เนื่องจากผลึกเป็นสีดำจึงมีประโยชน์ที่จะจินตนาการว่าจุดดำของโครงสร้างหกเหลี่ยมถูกแทนที่ด้วยอะตอมของเบริลเลียม นี่เป็นหนึ่งในโครงสร้างที่กะทัดรัดที่สุดที่โลหะสามารถนำมาใช้ได้ และทำให้รู้สึกว่าอะตอมที่มีขนาดเล็กมากของ Be นั้นถูก "บีบ" อย่างมากเพื่อหลีกเลี่ยงช่องว่างหรือจำนวนหลุมที่น้อยที่สุดระหว่างกัน

การกำหนดค่าอิเล็กทรอนิกส์

1s ² 2s ²

ซึ่งมีค่าเท่ากับ 4 อิเล็กตรอนซึ่ง 2 ตัวมีความจุ หากคุณเลื่อนอิเล็กตรอนไปยังออร์บิทัล 2p คุณจะมีออร์บิทัลไฮบริด sp สองตัว ดังนั้นในสารประกอบเบริลเลียมอาจมีรูปทรงเรขาคณิตเชิงเส้น X-Be-X ตัวอย่างเช่นโมเลกุล BeCl _{2 ที่}แยกได้Cl-Be-Cl

คุณสมบัติ

รายละเอียดทางกายภาพ

เงาเปราะและแข็งสีเทาสม่ำเสมอ

จุดหลอมเหลว

1287 องศาเซลเซียส

จุดเดือด

2471 องศาเซลเซียส

ความหนาแน่น

- 1.848 g / cm ³ที่อุณหภูมิห้อง

- 1.69 g / cm ³ที่จุดหลอมเหลว (สถานะของเหลว)

วิทยุปรมาณู

112 น.

รัศมีโควาเลนต์

90 น.

ปริมาณอะตอม

5 ซม. ³ / โมล

ความร้อนจำเพาะ

1.824 J / g · mol ที่ 20 ° C

ความร้อนของฟิวชั่น

12.21 กิโลจูล / โมล

ความร้อนจากการระเหย

309 กิโลจูล / โมล

อิเล็ก

1.57 ในระดับ Pauling

ศักยภาพมาตรฐาน

1.70 โวลต์

ความเร็วของเสียง

12,890 ม. / วินาที

การขยายตัวทางความร้อน

11.3 µm / m · K ที่ 25 ° C

การนำความร้อน

200 w / m K.

คุณสมบัติทางเคมี

เบริลเลียมเคลือบด้วยชั้นของเบริลเลียมออกไซด์ (BeO) ที่ปกป้องมันในอากาศที่อุณหภูมิห้อง การออกซิเดชั่นของเบริลเลียมเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 ,C ทำให้เบริลเลียมออกไซด์และเบริลเลียมไนไตรด์เป็นผลิตภัณฑ์

นอกจากนี้ยังทนต่อการกระทำของกรดไนตริก 15 M. แต่ละลายในกรดไฮโดรคลอริกและด่างเช่นโซเดียมไฮดรอกไซด์

การประยุกต์ใช้งาน

การทำเครื่องมือ

เบริลเลียมเป็นโลหะผสมที่มีทองแดงนิกเกิลและอลูมิเนียม โดยเฉพาะอย่างยิ่งโลหะผสมที่มีทองแดงทำให้เกิดเครื่องมือที่มีความแข็งและความต้านทานสูงซึ่งมีเพียง 2% ของน้ำหนักของโลหะผสม

เครื่องมือเหล่านี้ไม่ก่อให้เกิดประกายไฟเมื่อกระทบกับเหล็กซึ่งทำให้สามารถใช้งานได้ในสภาพแวดล้อมที่มีก๊าซที่ติดไฟได้สูง

เนื่องจากมีความหนาแน่นต่ำจึงมีน้ำหนักเบาซึ่งเมื่อรวมกับความแข็งแกร่งทำให้สามารถใช้ในเครื่องบินอวกาศจรวดขีปนาวุธและเครื่องบินได้ โลหะผสมที่มีเบริลเลียมถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนรถยนต์ นอกจากนี้ยังถูกนำมาใช้ในการผลิตสปริง

เนื่องจากความแข็งสูงที่เบริลเลียมให้โลหะผสมจึงถูกนำมาใช้ในเบรกของเครื่องบินทหาร

การทำกระจก

เบริลเลียมถูกนำมาใช้ในการผลิตกระจกเนื่องจากมีความเสถียรของมิติและความสามารถในการขัดเงาสูง กระจกเหล่านี้ใช้ในดาวเทียมและในระบบควบคุมการยิง นอกจากนี้ยังใช้ในกล้องโทรทรรศน์อวกาศ

ในการฉายรังสี

เบริลเลียมเป็นองค์ประกอบที่มีความหนาแน่นต่ำดังนั้นจึงถือได้ว่ามีความโปร่งใสต่อรังสีเอกซ์ลักษณะนี้ช่วยให้สามารถใช้ในการสร้างหน้าต่างของท่อที่ผลิตรังสีเอกซ์สำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรมและในการวินิจฉัยทางการแพทย์ .

นอกจากนี้เบริลเลียมยังใช้ในหน้าต่างของเครื่องตรวจจับการปล่อยกัมมันตภาพรังสี

ในอุปกรณ์สร้างแม่เหล็ก

ในลักษณะของเบริลเลียมคือมันไม่ใช่องค์ประกอบแม่เหล็ก สิ่งนี้ช่วยให้สามารถใช้ในการสร้างสิ่งของสำหรับอุปกรณ์ถ่ายภาพด้วยคลื่นสนามแม่เหล็กซึ่งสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงขึ้นเพื่อลดการรบกวนใด ๆ

เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์

เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวสูงจึงพบการประยุกต์ใช้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์และเซรามิกส์ เบริลเลียมใช้เป็นตัวควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์และเป็นผู้ผลิตนิวตรอน:

⁹ Be + ⁴ He (α) => ¹² C + n (นิวตรอน)

คาดว่าสำหรับอะตอมเบริลเลียมหนึ่งล้านอะตอมที่ถูกทิ้งระเบิดด้วยอนุภาคαจะมีการผลิตนิวตรอนมากถึง 30 ล้านนิวตรอน ปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้ทำให้สามารถค้นพบนิวตรอนได้อย่างแม่นยำ

James Chadwick ทิ้งระเบิดอะตอมของเบริลเลียมด้วยอนุภาคα (He) นักวิจัยได้สังเกตการปลดปล่อยอนุภาคย่อยของอะตอมโดยไม่มีประจุไฟฟ้าซึ่งนำไปสู่การค้นพบนิวตรอน

ตัวป้องกันโลหะ

การเพิ่มเบริลเลียมจำนวนหนึ่งบนพื้นผิวของโลหะที่สามารถออกซิไดซ์ได้ช่วยให้พวกมันได้รับการปกป้อง ตัวอย่างเช่นความสามารถในการติดไฟของแมกนีเซียมจะลดลงและความเงางามของโลหะผสมเงินเป็นเวลานาน

มันตั้งอยู่ที่ไหน?

เบริลพบในเพ็กมาไทต์ซึ่งเกี่ยวข้องกับไมกาเฟลด์สปาร์และควอตซ์ โดยใช้เทคนิคการลอยจะแยกส่วนผสมของเบริลและเฟลด์สปาร์ออกจากกัน ต่อจากนั้นเฟลด์สปาร์และเบริลจะเข้มข้นและอยู่ภายใต้การบำบัดด้วยแคลเซียมไฮโปคลอไรต์

ตามด้วยการบำบัดด้วยกรดซัลฟิวริกและโพแทสเซียมซัลโฟเนตโดยการเจือจางจะทำให้เกิดการลอยตัวของเบริลโดยแยกออกจากเฟลด์สปาร์

เบริลได้รับการบำบัดด้วยโซเดียมฟลูออโรซิลิเกตและโซดาที่ 770 ° C เพื่อสร้างโซเดียมฟลูออโรบิเลตอลูมิเนียมออกไซด์และซิลิกอนไดออกไซด์ จากนั้นเบริลเลียมไฮดรอกไซด์จะตกตะกอนจากสารละลายโซเดียมฟลูออโรเบอรีเลตด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์

เบริลเลียมฟลูออไรด์เกิดจากการทำปฏิกิริยาเบริลเลียมไฮดรอกไซด์กับแอมโมเนียไฮโดรเจนฟลูออไรด์ทำให้เกิดแอมโมเนียมเตตระฟลูโรเบอรีเลต สิ่งนี้ถูกทำให้ร้อนเพื่อสร้างเบริลเลียมฟลูออไรด์ซึ่งได้รับความร้อนด้วยแมกนีเซียมเพื่อแยกเบริลเลียมออก

ความเสี่ยง

เบริลเลียมเป็นโลหะที่แบ่งอย่างประณีตในรูปแบบของสารละลายผงแห้งหรือควันมีพิษมากและอาจทำให้ผิวหนังอักเสบได้ อย่างไรก็ตามความเป็นพิษที่ยิ่งใหญ่ที่สุดเกิดจากการหายใจเข้าไป

ในขั้นต้นเบริลเลียมสามารถกระตุ้นให้เกิดอาการแพ้หรือแพ้ซึ่งสามารถพัฒนาเป็นโรคเบริลลิโอซิสหรือโรคเบริลเลียมเรื้อรัง (CBD) นี่เป็นโรคร้ายแรงโดยมีความจุปอดลดลง

โรคเฉียบพลันหายาก ในโรคเรื้อรัง granulomas จะเกิดขึ้นทั่วร่างกายโดยเฉพาะในปอด โรคเบริลลิโอซิสเรื้อรังทำให้เกิดอาการหายใจลำบากไอและความอ่อนแอทั่วไป (อาการอ่อนเปลี้ยเพลียแรง)

berylliosis เฉียบพลันอาจถึงแก่ชีวิตได้ ใน berylliosis การสูญเสียการทำงานของระบบทางเดินหายใจอย่างต่อเนื่องเกิดขึ้นเนื่องจากมีการอุดตันในการไหลของก๊าซในทางเดินหายใจและออกซิเจนในเลือดลดลง

อ้างอิง

1. ราชสมาคมเคมี. (2019) เบริลเลียม. สืบค้นจาก: rsc.org
2. ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019) เบริลเลียม. ฐานข้อมูล PubChem สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (15 มีนาคม 2562). ข้อเท็จจริงเบริลเลียม ดึงมาจาก: thoughtco.com
4. วิกิพีเดีย (2019) เบริลเลียม. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
5. Lenntech BV (2019). เบริลเลียม-Be สืบค้นจาก: lenntech.com
6. Materio Corporation (2019) เรียนรู้เกี่ยวกับองค์ประกอบเบริลเลียมดึงมาจาก: beryllium.com
7. D. Michaud (2559 12 เมษายน). ปัญหาการแปรรูปและการสกัดเบริลเลียม 911 Metallurgist สืบค้นจาก: 911metallurgist.com
8. ทิโมธีพี. ฮานูซา (5 มกราคม 2559). เบริลเลียม. สารานุกรมบริแทนนิกา. ดึงมาจาก: britannica.com
9. ลีเอสนิวแมน (2014) โรคเบริลเลียม คู่มือ MSD. ดึงมาจาก: msdmanuals.com