铍
beryllium
元素符号Be,钢灰色金属,在元素周期表中属ⅡA族,原子序数4,原子量9.01218,密排六方晶体,常见化合价为+2。
1798年法国人沃克兰 (L.N.Vauquelin)发现铍的氧化物。1828年,德国化学家沃勒(F.W?hler)和法国化学家比西 (A.A.B.Bussy)各自用钾还原氯化铍的方法,分别制得单质的铍。沃勒将它命名为beryllium(Be),而比西则命名为glucinium(Gl),1957年才由国际纯粹化学与应用化学联合会 (IUPAC)按前者定名。1898年法国人勒博(P.Lebeau)用电解氟化钠-氟铍酸钠熔体的方法制得小颗粒的铍。
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3BeO·Al2O3·6SiO2,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[Be4Si2O7(OH)2]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、α 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。
工业用铍大部分以氧化铍形态用于铍铜合金的生产(见铜合金),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(见铍材)。
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[NH4Al(SO4)2·12H2O]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(图1)。
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(见浸取)、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,用溶剂萃取处理,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)2·2BeCO3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(见金属热还原)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(NH4F·HF)溶液中,得氟铍酸铵 [(NH4)2BeF4]溶液。然后加碳酸钙除铝;加过氧化铅(PbO2)除锰、铬;加多硫化铵[(NH4)2Sx]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BeF2+Mg─→Be+MgF2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(图2)。
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熔盐电解。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(见氯化冶金)。
为制备较高纯度的铍,可将粗铍用真空蒸馏、熔盐电解精炼或区域熔炼等方法进行精炼。
铍毒 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3;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;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3。
参考书目
D.R.Floyd, G.J.London, D.Webster, J.N.Lowe ed.,Beryllium Science and Technology, Vol.I & Ⅱ,Plenum,New York, 1980.
H.H.Hausner ed., Beryllium,Its Metallurgy and Properties, University of California Press,Berkeley,1965.
铍
声母:p
字头:铍,(,鈹,)
四笔号码:3770
注音:pí
摘要:pi
笔画:10画
部首画:05
部首:钅部
释义:金属元素,符号Be。灰白色,质轻而坚硬。其多数化合物有毒。其合金广泛应用于飞机、火箭、原子反应堆等高科技产品中。
另见〖pī〗。
部首查询:05钅部
铍
声母:p
字头:铍,(,鈹,)
四笔号码:3770
注音:pī
摘要:pi
笔画:10画
部首画:05
部首:钅部
释义:1.中医用以刺破痈疽(yōngjū)的长针。
2.古代一种形状似刀的剑。
另见〖pí〗。
部首查询:05钅部
铍
beryllium
一种化学元素。化学符号Be,原子序数4,原子量9.012182 ,属周期系 ⅡA 族,为碱土金属的成员。1798 年法国N.-L.沃克兰在分析矿物绿柱石和祖母绿时发现铍。1828年德国F.维勒和法国A.-A.-B. 比西各自用金属钾还原熔融的氯化铍,制得金属铍 。由于绿柱石的英文名称是beryl ,因此维勒命名为 beryllium 。铍在地壳中的含量为 0.001% ,矿物主要有绿柱石(3BeO·Al2O3·6SiO2) 、硅铍石(2BeO·SiO2)和铝铍石(BeO·Al2O3)。
铍是铁灰色金属 ,熔点1283℃ ,沸点2970℃ ,相对密度1.85(20℃) 。铍的化学性质活泼 ,但比同族的钙 、锶和钡差,暴露在空气中,表面形成一层氧化物保护膜。铍与冷水作用缓慢,因在表面上形成一层难溶解的氢氧化铍,阻止金属进一步与水作用。铍与热的水蒸气作用,生成相应的氧化物。铍既能与水作用,也能与强碱反应,因此铍和氢氧化铍都是两性的。铍的最外电子层有两个价电子,氧化态为+2,只形成+2价化合物。铍的氧化物和卤化物具有明显的共价性,氧化铍和氢氧化铍的溶解度小,氟化铍和氯化铍溶于水。铍的化合物在水中还易发生水解反应。铍的化合物有较强的毒性,吸入人体后,能引起急性呼吸道损害,皮肤与可溶性铍盐接触后,能引起皮炎。金属铍的生产方法有:①金属热还原法。用金属镁还原氟化铍,制取金属铍。②电解法,将熔融的氯化铍和氯化钠的混合物电解 ,制得金属铍 。X射线对铍有很高的穿透能力,铍可用作X射线管的窗口。铍被a 粒子 、氘核和γ射线撞击或照射时 ,能产生中子,因此铍是中子源材料,还可做反应堆的中子减速剂。金属铍的弹性模量与密度之比在金属中最高,而且比强度和微屈服强度也高,在航空航天工业中,用于制造飞行器零件。铍还用于惯性导航系统陀螺仪的制造。
铍是一种化学元素,它的化学符号是Be,它的原子序数是4,是一種灰白色的碱土金属。
性状
铍的合金质坚而轻,可用来制造飞机,火箭等。
发现
名称由来
beryllium一词来源于绿柱石。
分布
铍分布于绿柱石及猫睛石中。
制备
同位素
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。
用途
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。要注意的是,铍的化合物都是有毒的。
外部链接
参见
- 元素周期表
- 同位素列表
- 碱土金属
补充
铍,原子序数4,原子量9.012182,是最轻的碱土金属元素。1798年由法国化学家沃克兰对绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现。1828年德国化学家维勒和法国化学家比西分别用金属钾还原熔融的氯化铍得到纯铍。其英文名是维勒命名的。铍在地壳中含量为0.001%,主要矿物有绿柱石、硅铍石和金绿宝石。天然铍有三种同位素:铍7、铍8、铍10。
铍是钢灰色金属;熔点1283°C,沸点2970°C,密度1.85克/厘米³,铍离子半径0.31埃,比其他金属小得多。
铍的化学性质活泼,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。铍化合物对人体有毒性,是严重的工业公害之一。
元素名称:铍
元素原子量:9.012
元素类型:金属
发现人:沃克兰 发现年代:1798年
发现过程:
1978年,法国的沃克兰,在研究绿柱石时发现了铍。在自然界中存在于绿柱石矿中。
元素描述:
一种稀有金属,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。密度1.85克/厘米3。熔点1278±5℃。沸点2970℃。化合价为2。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。
元素来源:
在自然界中存在于绿柱石矿中。可由电解熔融的氯化铍或氢氧化铍而制得。
元素用途:
金属铍对液体金属的抗腐蚀性,对设计核反应堆的热交换器是重要的。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。
元素辅助资料:
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(beryl)(3BeO·Al2O3·6SiO2)的变种。
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,元素符号定为Gl。这一名称来自希腊文glykys,是“甜”的意思,因为它的盐有甜味。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,因此glucinium改为beryllium(铍),元素符号为Be。这一词来自绿柱石。
铍和它的化合物有毒,当吸入时,会引起呼吸器官的疾病。铍是一种银白色有光泽比较软的金属,比重比轻得出名的铝还小一半。它和铜以及镁可以制成轻的合金,这种合金已经应用在飞机制造中了。
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。
铍,原子序数4,原子量9.012182,是最轻的碱土金属元素。1798年由法国化学家沃克兰对绿柱石和祖母绿进行化学分析时发现。1828年德国化学家维勒和法国化学家比西分别用金属钾还原熔融的氯化铍得到纯铍。其英文名是维勒命名的。铍在地壳中含量为0.001%,主要矿物有绿柱石、硅铍石和金绿宝石。天然铍有三种同位素:铍7、铍8、铍10。
铍是钢灰色金属;熔点1283°C,沸点2970°C,密度1.85克/厘米³,铍离子半径0.31埃,比其他金属小得多。
铍的化学性质活泼,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。铍化合物对人体有毒性,是严重的工业公害之一。