البريليوم: التاريخ ، الهيكل ، الخصائص ، الاستخدامات - كيمياء - 2025

و البريليوم هو عنصر معدني ينتمون إلى المجموعة 2 أو IIA من الجدول الدوري. وهو أخف معدن ترابي قلوي من المجموعة ، ويمثله الرمز Be. كما أن ذرتها وكاتيونها أصغر من ذرات متجانساتها (Mg ، Ca ، Sr…).

نظرًا لكثافة شحنته غير المعتادة ، لا يحدث هذا المعدن عادةً في عزلة. ومن المعروف عن 30 المعادن لاحتوائها، ومنها: البريل (3BeO · آل ₂ O ₃ · 6SiO ₂ · 2H ₂ O)، بيرترانديت (4BeO.2SiO ₂.2H ₂ O)، شريسوبيريل (بيل ₂ O ₄) ، والفيناكيت (Be ₂ Si ₄).

شذرات البريليوم المعدنية. المصدر: دبليو أولين

الزمرد ، وهو حجر كريم ، هو نوع من البيريل. ومع ذلك ، فإن البريليوم النقي ليس ملفتًا للنظر ؛ له لمعان رمادي باهت (الصورة العلوية) ، وقد تم الحصول عليه في شكل بذور أو معينات.

يحتوي البريليوم على مجموعة من الخصائص الفيزيائية المميزة. لها كثافة منخفضة. الموصلية الحرارية والكهربائية العالية ، فضلاً عن قدرتها الحرارية وتبديد الحرارة ؛ إنه ليس معدنًا مغناطيسيًا ؛ ولديه أيضًا مزيج مناسب من الصلابة والمرونة.

كل هذه الخصائص أدت إلى أن يكون البريليوم معدنًا له العديد من التطبيقات ، بدءًا من استخدامه في السبائك مع النحاس لتصنيع الأدوات ، إلى استخدامه في الصواريخ والطائرات والسيارات والمفاعلات النووية ومعدات الأشعة السينية والرنين مغناطيسي نووي ، إلخ.

يحتوي البريليوم على 10 نظائر معروفة ، تتراوح من ⁵ Be إلى ¹⁴ Be ، مع ⁹ كن الوحيد المستقر. وبالمثل ، فهو معدن شديد السمية ، ويؤثر بشكل خاص على الجهاز التنفسي ، لذلك هناك قيود في استخدامه.

تاريخ اكتشافه

اكتشف لويس نيكولاس فوجولين البريليوم في عام 1798 كعنصر تركيبي من معدن البريل وسيليكات الألمنيوم والبريليوم.

في وقت لاحق ، نجح الكيميائي الألماني فريدريك فولر ، في عام 1828 ، في عزل البريليوم عن طريق تفاعل البوتاسيوم مع كلوريد البريليوم في بوتقة بلاتينية.

في الوقت نفسه ، وبشكل مستقل ، حقق الكيميائي الفرنسي أنطوان بوسي أيضًا عزل البريليوم. كان Wöhler أول من اقترح اسم البريليوم للمعدن.

حصل على اسمه الحالي عام 1957 ، حيث كان يُعرف سابقًا باسم الجلوكينيوم ، نظرًا للطعم الحلو لبعض أملاحه. ولكن لتجنب الخلط بينه وبين المركبات الأخرى ذات المذاق الحلو ، ومع نبات يسمى الجلوكين ، تقرر إعادة تسميته البريليوم.

هيكل البريليوم

التركيب البلوري للبريليوم. المصدر: المستخدم: Dornelf

البريليوم هو الأخف وزنا من بين المعادن الأرضية القلوية ، يجب توقع أن يكون حجم ذراته هو الأصغر على الإطلاق. تتفاعل ذرات البريليوم مع بعضها البعض من خلال الترابط المعدني ، بطريقة تجعل "بحر الإلكترونات" والتنافر بين النوى يشكلان بنية البلورة الناتجة.

ثم تتشكل بلورات البريليوم الأسود. تحتوي هذه البلورات على هيكل سداسي (الصورة العلوية) ، حيث تحتوي كل ذرة Be على ستة جيران جانبيين ، وثلاثة أخرى في المستويات الموجودة أعلى وأسفل.

نظرًا لأن البلورات سوداء ، فمن المفيد تخيل أن النقاط السوداء للبنية السداسية يتم استبدالها بذرات البريليوم. هذه واحدة من أكثر الهياكل المدمجة التي يمكن أن يعتمدها المعدن ؛ ومن المنطقي أن يتم "ضغط" ذرات Be الصغيرة جدًا لتجنب أقل قدر من الفراغ أو عدد الثقوب بينها.

التكوين الإلكترونية

1s ² 2s ²

الذي يساوي 4 إلكترونات ، 2 منها تكافؤ. إذا قمت بترقية إلكترون إلى المدار 2p ، فسيكون لديك مداريان هجين sp. وهكذا ، في مركبات البريليوم قد تكون هناك أشكال هندسية خطية ، X-Be-X ؛ على سبيل المثال ، جزيء BeCl ₂ المعزول ، Cl-Be-Cl.

الخصائص

الوصف المادي

لامع ، هش ، صلب رمادي صلب.

نقطة الانصهار

1287 درجة مئوية.

نقطة الغليان

2471 درجة مئوية.

كثافة

- 1.848 جم / سم ³ عند درجة حرارة الغرفة.

- 1.69 جم / سم ³ عند نقطة الانصهار (الحالة السائلة).

راديو ذري

112 م.

نصف القطر التساهمي

90 م.

الحجم الذري

5 سم ³ / مول.

حرارة نوعية

1.824 جول / جم · مول عند 20 درجة مئوية.

حرارة الانصهار

12.21 كيلوجول / مول.

حرارة التبخر

309 كيلو جول / مول.

كهرسلبية

1.57 على مقياس بولينج.

إمكانات قياسية

1.70 الخامس.

سرعة الصوت

12890 م / ث.

التمدد الحراري

11.3 ميكرومتر / م · كلفن عند 25 درجة مئوية.

توصيل حراري

200 واط / م ك.

الخواص الكيميائية

البريليوم مغطى بطبقة من أكسيد البريليوم (BeO) تحميه في الهواء عند درجة حرارة الغرفة. تحدث أكسدة البريليوم عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية ، مما ينتج أكسيد البريليوم ونتريد البريليوم كمنتجات.

كما أنه مقاوم لعمل حمض النيتريك 15 م لكنه يذوب في حمض الهيدروكلوريك والقلويات ، مثل هيدروكسيد الصوديوم.

التطبيقات

صنع أداة

يشكل البريليوم سبائك من النحاس والنيكل والألمنيوم. على وجه الخصوص ، تنتج السبيكة مع النحاس أدوات ذات صلابة ومقاومة كبيرين ، وتشكل 2٪ فقط من وزن السبيكة.

لا تنتج هذه الأدوات شرارات عند ضرب الحديد ، مما يتيح استخدامها في البيئات التي تحتوي على نسبة عالية من الغازات القابلة للاحتراق.

نظرًا لكثافته المنخفضة ، فهو خفيف الوزن ، مما يسمح له ، إلى جانب صلابته ، باستخدامه في الطائرات الفضائية والصواريخ والصواريخ والطائرات. تم استخدام سبيكة البريليوم في تصنيع قطع غيار السيارات. كما تم استخدامه في إنتاج الينابيع.

نظرًا للصلابة الكبيرة التي يعطيها البريليوم لسبائكه ، فقد تم استخدامها في مكابح الطائرات العسكرية.

صنع المرآة

تم استخدام البريليوم في إنتاج المرايا بسبب ثبات أبعادها وقدرتها على التلميع الشديد. تستخدم هذه المرايا في الأقمار الصناعية وأنظمة مكافحة الحرائق. أيضا ، يتم استخدامها في التلسكوبات الفضائية.

في الإشعاع المؤين

البريليوم عنصر منخفض الكثافة ، لذلك يمكن اعتباره شفافًا للأشعة السينية ، وهذه الخاصية تسمح باستخدامه في بناء نوافذ الأنابيب التي تنتج الأشعة السينية ، وللتطبيقات الصناعية والتشخيص الطبي..

أيضا ، يستخدم البريليوم في نوافذ أجهزة الكشف عن الانبعاثات المشعة.

في معدات توليد المغناطيسية

من بين خصائص البريليوم أنه ليس عنصرًا مغناطيسيًا. يسمح ذلك باستخدامه في بناء أغراض لمعدات التصوير بالرنين المغناطيسي ، حيث يتم إنشاء مجالات مغناطيسية عالية الكثافة ، مما يقلل من أي تداخل.

المفاعلات النووية

نظرًا لنقطة الانصهار العالية ، فقد وجد تطبيقًا في المفاعلات النووية والسيراميك. يستخدم البريليوم كوسيط للتفاعلات النووية وكمنتج للنيوترونات:

⁹ كن + ⁴ He (α) => ¹² C + n (نيوترون)

تشير التقديرات إلى أنه بالنسبة لمليون ذرة بريليوم يتم قصفها بجسيمات ألفا ، يتم إنتاج ما يصل إلى 30 مليون نيوترون. سمح هذا التفاعل النووي بالتحديد باكتشاف النيوترون.

قصف جيمس تشادويك ذرات البريليوم بجزيئات ألفا (He). لاحظ الباحث إطلاق جسيمات دون ذرية ، بدون شحنة كهربائية ، مما أدى إلى اكتشاف النيوترونات.

حامي المعادن

إن إضافة كمية من البريليوم على سطح المعادن يمكن أن تتأكسد يمنحها بعض الحماية. على سبيل المثال ، يتم تقليل قابلية المغنيسيوم للاشتعال وإطالة لمعان سبائك الفضة.

أين هو موقعه؟

تم العثور على البريل في البيغماتيت المرتبط بالميكا والفلسبار والكوارتز. باستخدام تقنية التعويم ، يتم فصل خليط من البريل والفلسبار. بعد ذلك ، يتركز الفلسبار والبريل ويخضعان للعلاج بهيبوكلوريت الكالسيوم.

يتبعه علاج بحمض الكبريتيك وسلفونات البوتاسيوم ، من خلال التخفيف ، يتم تعويم البريل ، وفصله عن الفلسبار.

يعالج البريل بفلوروسيليكات الصوديوم والصودا عند درجة حرارة 770 درجة مئوية لتكوين فلوروبيلات الصوديوم وأكسيد الألومنيوم وثاني أكسيد السيليكون. يتم بعد ذلك ترسيب هيدروكسيد البريليوم من محلول فلوروبيريل الصوديوم مع هيدروكسيد الصوديوم.

يتشكل فلوريد البريليوم عن طريق تفاعل هيدروكسيد البريليوم مع فلوريد هيدروجين الأمونيا ، مما ينتج عنه رباعي فلوريد الأمونيوم. يتم تسخينه لتكوين فلوريد البريليوم ، والذي يتم معالجته على الساخن بالمغنيسيوم لعزل البريليوم.

المخاطر

البريليوم ، كمعدن مقسم بدقة ، على شكل محاليل ، مسحوق جاف أو دخان ، شديد السمية ويمكن أن يسبب التهاب الجلد. ومع ذلك ، فإن أكبر سمية تنتج عن طريق الاستنشاق.

في البداية ، يمكن أن يسبب البريليوم فرط الحساسية أو الحساسية ، والتي يمكن أن تتطور إلى البريليوم أو مرض البريليوم المزمن (CBD). هذا مرض خطير يتميز بانخفاض سعة الرئة.

المرض الحاد نادر. في الأمراض المزمنة ، تتكون الأورام الحبيبية في جميع أنحاء الجسم ، وخاصة في الرئتين. يسبب البريليوس المزمن ضيق التنفس والسعال والضعف العام (الوهن).

يمكن أن يكون البريليوس الحاد قاتلاً. في البريليوس ، يحدث الفقد التدريجي لوظيفة الجهاز التنفسي ، نظرًا لوجود انسداد في تدفق الغازات في الجهاز التنفسي وانخفاض أكسجة الدم الشرياني.

المراجع

1. الجمعية الملكية للكيمياء. (2019). البريليوم. تم الاسترجاع من: rsc.org
2. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). البريليوم. قاعدة بيانات PubChem. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
3. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (15 مارس 2019). حقائق البريليوم. تم الاسترجاع من: thinkco.com
4. ويكيبيديا. (2019). البريليوم. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
5. لينتيك بي في (2019). البريليوم بي. تم الاسترجاع من: lenntech.com
6. شركة ماتريو. (2019). تعرف على عنصر البريليوم المسترجع من: beryllium.com
7. د. ميشود. (2016 ، 12 أبريل). مشكلة معالجة واستخراج البريليوم. 911 ميتالورجست. تم الاسترجاع من: 911metallurgist.com
8. تيموثي ب.هانوسا. (5 يناير 2016). البريليوم. Encyclopædia Britannica. تم الاسترجاع من: britannica.com
9. لي اس نيومان. (2014). مرض البريليوم. دليل MSD. تم الاسترجاع من: msdmanuals.com