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發(fā)表于 2010-6-8 16:52:52
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鈹( s3 ?" H6 v) V* V; D# f3 s! A$ }
' A! K/ h$ a1 ^: Z n一、化學(xué)元素鈹
8 A0 ^/ _% g) o% I1 |0 q* T
8 R8 j4 u; B% R/ c# [/ W 漢英互譯:
" k; R& k; l, f2 w: K" [0 o 鈹?shù)挠⑽膶懛ǎ築eryllium(Be) & X: k6 q$ H) `; F) g
鈹[1],,化學(xué)符號(hào):Be,。原子序數(shù)4,原子量9.012182,,莫氏硬度:5.5 ,,為一種鋼灰色的稀有金屬,是最輕的堿土金屬元素,,也是最輕的結(jié)構(gòu)金屬之一,。電離能9.322電子伏特。呈灰白色,,質(zhì)堅(jiān)硬,。熔點(diǎn)1278±5℃。沸點(diǎn)2970℃,,密度1.85克/立方厘米,,鈹離子半徑0.31埃,比其他金屬小得多,。和鋰一樣,,也形成保護(hù)性氧化層,故在空氣中即使紅熱時(shí)也很穩(wěn)定,。不溶于冷水,,微溶于熱水,可溶于稀鹽酸,,稀硫酸和氫氧化鉀溶液而放出氫,。金屬鈹對(duì)于無氧的金屬鈉即使在較高的溫度下,也有明顯的抗腐蝕性,。鈹價(jià)態(tài)為正2價(jià),,可以形成聚合物以及具有顯著熱穩(wěn)定性的一類共價(jià)化合物。
' t2 E7 z; v2 }' w 顏色和外表 銀白色或鋼灰色
. I: U1 r! V, J9 D4 g
; }' }, x$ r7 E* ~+ n
( M! p; `2 T3 ]; y元素周期性質(zhì)
5 G! @% p" W" W4 ~& ?5 T1 v+ C 用途
5 p: ]- w2 ^$ K/ b5 J; _地殼含量 5×10-4 % & T) l' C& X \
原子屬性 ; V2 e) s. Z7 v
原子量 9.01218 原子量單位
K6 Y. c5 R( U( A- q! G4 C' J! _" B l 原子半徑 112 pm " Y% z, j4 ^& c
共價(jià)半徑 90 pm
% v& w2 p% j: ]7 P( U/ q) ]. X 范德華半徑 無數(shù)據(jù)
$ H: Y% e5 X) k* l1 P4 N3 r; F 價(jià)電子排布 [氦]2s2 / I) g* M9 T3 @" Z( ~* }
電子在每能級(jí)的排布 2,,2
7 }! j' Q/ q3 H. A, a 氧化價(jià)(氧化物) 2(兩性的) 5 o1 b I7 l2 f; b& P9 d
晶體結(jié)構(gòu) 六角形 5 Z1 \( J! H% z. D
物理屬性 5 t1 k( h9 a5 p& g2 J% {
物質(zhì)狀態(tài) 固態(tài)
1 N& \$ J, E' a7 T 熔點(diǎn) 1551 K(1278 °C)
3 r) K6 W$ _2 Y 沸點(diǎn) 3243 K(2970 °C) n0 F7 C9 k: U
摩爾體積 4.85×10-6m/mol " k- G" `4 v: Z x5 Y1 K# _* I
汽化熱 292.40 kJ/mol $ ~' j5 h& R% x7 C M: k5 [0 U0 x0 N
熔化熱 12.20 kJ/mol 4 \, V$ v4 T) T( w: Z8 ^- A
蒸氣壓 4180 帕 $ \ j2 O2 w& `3 B" }
其他性質(zhì) ! I& T( k. ^% p+ n+ T
電負(fù)性 1.57(鮑林標(biāo)度)
5 K3 b3 s5 O A6 F7 r7 `5 D2 h; E 比熱 1825 J/(kg·K)
( k8 Z0 ?7 k1 ?. k, Z" I 電導(dǎo)率 31.3×106/(米歐姆)
: U# {8 Z/ J! W C- X$ L+ {2 r 熱導(dǎo)率 201 W/(m·K) : f0 d) ^8 g! M; M" s% r" c
第一電離能 899.5 kJ/mol " I4 b/ J. T2 ~( h7 ?! q3 b
第二電離能 1757.1 kJ/mol
8 }$ n; F: Q& O$ H' @ 第三電離能 14848.7 kJ/mol
6 t$ R: Q( g h5 V 元素在太陽中的含量:0.0001 (ppm)
- V i- t4 f+ g# y. j; L8 Y 聲音在其中的傳播速率:12870(m/S)
, d) \1 i3 x: M$ _* n
4 a6 \% k" V% f4 e% K3 {7 x 晶胞參數(shù):a = 228.58 pm ,,b = 228.58 pm ,,c = 358.43 pm ,α = 90° ,,β = 90° ,,γ = 120° % y8 H8 V. T- I8 h7 D l4 F: A
在沒有特別注明的情況下使用的是國際標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)單位單位和標(biāo)準(zhǔn)氣溫和氣壓
4 a4 p+ ~$ V7 y s 鈹?shù)幕瘜W(xué)性質(zhì)活潑,已發(fā)現(xiàn)的鈹?shù)?a target="_blank">同位素共有8種,,包括鈹6,,鈹7,鈹8,,鈹9,,鈹10,鈹11,,鈹12,,鈹14,其中只有鈹9是穩(wěn)定的,,其他同位素都帶有放射性,。在自然界中存在于綠柱石、硅鈹石和金綠寶石礦中,,鈹分布于綠柱石及貓睛石中,。含鈹?shù)牡V石有許多透明的,、色彩美麗的變種,,自古以來是最名貴的寶石。在我國古代文獻(xiàn)中記載著這些寶石,,如貓精,,或稱貓精石、貓兒眼,、貓眼石,,也就是我們現(xiàn)在稱的金綠玉。這些含鈹?shù)牡V石基本上都是綠柱石的變種,�,?捎呻娊馊廴诘穆然敾驓溲趸敹频谩K苄纬芍旅艿谋砻嫜趸Wo(hù)層,,即使在紅熱時(shí),,鈹在空氣中也很穩(wěn)定。鈹即能和稀酸反應(yīng),,也能溶于強(qiáng)堿,,表現(xiàn)出兩性。鈹?shù)难趸�,、鹵化物都具有明顯的共價(jià)性,,鈹?shù)幕衔镌谒幸追纸�,,鈹還能形成聚合物以及具有明顯熱穩(wěn)定性的共價(jià)化合物。
) t$ n1 q7 n! L. x7 x4 m 金屬鈹對(duì)液體金屬的抗腐蝕性,,與通用的綜合劑乙二胺四乙酸(EDTA)的反應(yīng)并不強(qiáng),,這在分析上是很重要的。鈹可以形成聚合物以及具有顯著熱穩(wěn)定性的一類共價(jià)化合物,。鈹用來制造飛機(jī)上用的合金,、倫琴射線管、鈹鋁合金,、青銅,。也用作原子反應(yīng)堆中的減速劑和反射劑。高純度的鈹又是快速中子的重要來源,。這對(duì)設(shè)計(jì)核反應(yīng)堆的熱交換器是重要的,,主要用作核反應(yīng)堆的中子減速劑。鈹銅合金被用于制造不發(fā)生火花的工具,,如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)部件,、精密儀器等。鈹由于重量輕,、彈性模數(shù)高和熱穩(wěn)定性好,,已成為引人注目的飛機(jī)和導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)材料。
4 ^ P1 M4 N1 e% M. L# H5 M 鈹具有毒性,。每一立方米的空氣中只要有一毫克鈹?shù)姆蹓m,,就會(huì)使人染上急性肺炎——鈹肺病。我國冶金行業(yè)已經(jīng)使一立方米空氣中的鈹?shù)暮拷档偷绞f分之一克以下,,圓滿地解決了鈹中毒的防護(hù)問題,。跟鈹相比,鈹?shù)幕衔锏亩拘愿�,,鈹�(shù)幕衔飼?huì)在動(dòng)物的組織和血漿中形成可溶性的膠狀物質(zhì),,進(jìn)而與血紅蛋白發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成一種新的物質(zhì),,從而使組織器官發(fā)生各種病變,,在肺和骨骼中的鈹,還可能引發(fā)癌癥,。
5 c! r# j* L5 j1 P$ ~5 } 鈹透X射線的能力最強(qiáng),,有“金屬玻璃”之稱,。其合金是航空,,航天,,軍工,,電子,,核能等領(lǐng)域不可替代的戰(zhàn)略金屬材料,。鈹青銅是銅合金中性能最優(yōu)良的彈性合金,,具有良好的導(dǎo)熱,導(dǎo)電,,耐熱,耐磨,,耐腐蝕,無磁性,,彈性滯后小,,沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花等優(yōu)點(diǎn),,被廣泛應(yīng)用于國防,,儀表,,儀器,,計(jì)算機(jī),,汽車,家電等工業(yè)中,。鈹銅錫合金被用于制造在高溫下工作的彈簧,,此種彈簧在紅熱狀態(tài)下仍保持良好的彈性和韌性,;氧化鈹可用于高溫?zé)犭娕嫉哪蜔崽畛湮铩?
, N N( P" K% ~& q 例如:適用于吹氣模(風(fēng)咀,,剪口,,模腔)及注塑模(模芯,,模腔,頂針,,塑孔栓,,熱流道系統(tǒng)配件及作鑲件使用),。 * W1 p; u5 m" h$ Y* R& C. H+ y
應(yīng)用例:塑膠模,、沖壓模、橡膠模,、拉拔模、壓鑄模等,。
" Z7 i: [) r: x$ d H1 T1 X5 ~; z8 e
! g* r+ h t7 {6 |5 a: z0 K. {! H給原子鍋爐建造“住房” 鈹雖然有很多用處,,但在眾多元素中,,它仍是一個(gè)默默無名的“小人物”,受不到人們的重視,。但在本世紀(jì)五十年代時(shí),,鈹?shù)摹懊\(yùn)”卻大為好轉(zhuǎn),一時(shí)成了科學(xué)家們的搶手貨,。 2 x$ E& R Q* u( t4 D4 K
在無煤的鍋爐——原子反應(yīng)堆里,為了從原子核里解放出大量的能量,,需要用極大的力量去轟擊原子核,,使原子核發(fā)生分裂,,就像用炮彈去轟擊堅(jiān)固的炸藥庫,使炸藥庫發(fā)生爆炸一樣,。這個(gè)用來轟擊原子核的“炮彈”叫中子,而鈹正是一種效率很高的能夠提供大量中子炮彈的“中子源”,。原子鍋爐中光有中子“點(diǎn)火”還不行,,點(diǎn)火以后,還要使它真正“著火燃燒起來”,。
7 Y8 q+ l+ F2 i, \8 D3 f 中子轟擊原子核,,原子核分裂,放出原子能,,同時(shí)產(chǎn)生新的中子,。新中子的速度極快,達(dá)到每秒幾萬公里,。必須使這類快中子減慢速度,,變成慢中子,才容易繼續(xù)去轟擊別的原子核而引起新的分裂,,一變二,、二變四……持續(xù)不斷地發(fā)展“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”,,使原子鍋爐里的原子燃料真正“燃燒”起來,正因?yàn)殁攲?duì)中子有很強(qiáng)的“制動(dòng)”能力,,所以它就成了原子反應(yīng)堆里效能很高的減速劑,。
1 m0 j4 T& ~% j3 T. c9 Y- r 這還不算,,為了防止中子跑出反應(yīng)堆,,反應(yīng)堆的周圍需要設(shè)置“警戒線”——中子反射體,用來勒令那些企圖“越境”的中子返回反應(yīng)區(qū),。這樣,,一方面可以防止看不見的射線傷害人體健康,,保護(hù)工作人員的安全,;另一方面又能減少中子逃跑的數(shù)量,,節(jié)省“彈藥”,維持核裂變的順利進(jìn)行,。 6 Y! v6 Y/ ]- I2 N" n' H& O
鈹?shù)难趸锉戎匦�,,硬度大,熔點(diǎn)高達(dá)攝氏二千四百五十度,,而且能夠像鏡子反射光線那樣把中子反射回去,,正是建造原子鍋爐“住房”的好材料,。
; i- \1 I2 w% r, ]+ v g1 o 現(xiàn)在,,幾乎各種各樣的原子反應(yīng)堆都要用鈹作中子反射體,特別在建造用于各種交通工具的小型原子鍋爐時(shí)更需要,。建造一個(gè)大型的原子反應(yīng)堆,,往往需要?jiǎng)佑枚䥽嵍嘟饘兮敗?
; z- Z, p Y2 E) ?在航空工業(yè)中大顯身手% I- Z8 Z2 `- D6 w! a
航空工業(yè)的發(fā)展要求飛機(jī)飛得更快,、更高,、更遠(yuǎn),重量輕,、強(qiáng)度大的鈹當(dāng)然也可以在這方面顯一下自己的本領(lǐng),。
- e6 B$ F2 P6 V: X 有些鈹合金是制造飛機(jī)的方向舵,、機(jī)翼箱和噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)金屬構(gòu)件的好材料�,,F(xiàn)代化戰(zhàn)斗機(jī)上的許多構(gòu)件改用鈹制造后,,由于重量減輕,,裝配部分減少,使飛機(jī)的行動(dòng)更加迅速靈活,。有一種新設(shè)計(jì)的超音速戰(zhàn)斗機(jī)——鈹飛機(jī),,飛行速度可達(dá)每小時(shí)四千公里,相當(dāng)于聲速的三倍多,。在將來的原子飛機(jī)和短距離起落的飛機(jī)上,,鈹和鈹?shù)暮辖鹨欢〞?huì)得到更多的應(yīng)用。 2 y6 r- t0 Q' O- G
進(jìn)入二十世紀(jì)六十年代以后,,鈹在火箭,、導(dǎo)彈、宇宙飛船等方面的用量也在急劇增加,。
! k4 i: V9 w+ t 鈹是金屬中最好的良導(dǎo)體�,,F(xiàn)在有許多超音速飛機(jī)的制動(dòng)裝置是用鈹來制造的,因?yàn)樗袠O好的吸熱,、散熱的性能,,“剎車”時(shí)產(chǎn)生的熱量很快就會(huì)散失。 * [- u% I# [- u' p
當(dāng)人造地球衛(wèi)星和宇宙飛船高速穿越大氣層的時(shí)候,,機(jī)體與空氣分子摩擦?xí)a(chǎn)生高溫,。鈹作為它們的“防熱外套”,能夠吸收大量的熱量并很快地激發(fā)出去,,這樣就可防止溫度過度升高,,保障飛行安全。 : x% C4 x2 Z( Z% G/ B0 o
鈹還是高效率的火箭燃料,。鈹在燃燒的過程中能釋放出巨大的能量,。每公斤鈹完全燃燒放出的熱量高達(dá)15000千卡,是一種優(yōu)質(zhì)的火箭燃料,。 * B2 s! e/ U. V% E6 t1 g
在原子能研究和制造x射線管中有重要用途,。
4 F7 n8 G& t2 I+ V毒理0 C+ t4 E7 e1 l7 I# [4 z0 R* V5 |
全身性毒物。 鈹單質(zhì) 鈹在地殼的含量為0.0006%,,主要礦物有綠柱石礦,、硅鈹石、金綠寶石,。 , e& W& d' Y5 i) W
鈹是鋼灰色金屬,,熔點(diǎn)(1551K)、沸點(diǎn)(3243K)較高,,密度為1.85gcm-3,,比鎂稍重,但比鋁還輕1/3,,屬于輕金屬,。鈹?shù)挠捕缺韧褰饘俑撸幌疋},、鍶,、鋇可以用刀子切割。 + b& I3 |, Z# ^7 J% y& }
1.鈹?shù)姆闯P再|(zhì) ! J& |$ ^; { ]8 |; s
Be原子的價(jià)電子層結(jié)構(gòu)為2s2,,它的原子半徑為89pm,,Be2+離子半徑為31pm,Be的電負(fù)性為1.57。鈹由于原子半徑和離子半徑特別�,。ú粌H小于同族的其它元素,,還小于堿金屬元素),電負(fù)性又相對(duì)較高(不僅高于堿金屬元素,,也高于同族其它各元素),,所以鈹形成共價(jià)鍵的傾向比較顯著,不像同族其它元素主要形成離子型化合物,。因此鈹常表現(xiàn)出不同于同族其它元素的反常性質(zhì),。 ; S/ d# c1 Q" z: Q% V: H% c
(1)鈹由于表面易形成致密的保護(hù)膜而不與水作用,,而同族其它金屬鎂,、鈣、鍶,、鋇均易與水反應(yīng),。
! [7 P4 X, ?, n& E (2)氫氧化鈹是兩性的,,而同族其它元素的氫氧化物均是中強(qiáng)堿或強(qiáng)堿性的,。
/ s0 z1 [+ Y& o( Z! D (3)鈹鹽強(qiáng)烈地水解生成四面體型的離子[Be(H2O)2]2+,,Be-O鍵很強(qiáng),,這就削弱了O-H鍵,因此水合鈹離子有失去質(zhì)子的傾向: . R( A5 g5 h: D' ~; b+ e3 Z' F# {
因此鈹鹽在純水中是酸性的,。而同族其它元素(鎂除外)的鹽均沒有水解作用,。
) a. E+ `6 }# q9 N% p& H" G% C7 ]" k. \# t
3. 鈹?shù)闹匾獞?yīng)用 - s8 |4 A" \. c2 V5 }$ D8 q
鈹作為一種新興材料日益被重視,鈹是原子能,、火箭,、導(dǎo)彈、航空,、宇宙航行以及冶金工業(yè)中不可缺少的寶貴材料,。 + o3 f& C0 H, Q3 x- m+ m
(1)在所有的金屬中,鈹透過X射線的能力最強(qiáng),,有金屬玻璃之稱,,所以鈹是制造X射線管小窗口不可取代的材料。 9 @, X' X$ x. P: ?
(2)鈹是原子能工業(yè)之寶,。在原子反應(yīng)堆里,,鈹是能夠提供大量中子炮彈的中子源(每秒鐘內(nèi)能產(chǎn)生幾十萬個(gè)中子);鈹對(duì)快中子有很強(qiáng)的減速作用,,可以使裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進(jìn)行下去,,所以鈹是原子反應(yīng)堆中最好的中子減速劑,。為了防止中子跑出反應(yīng)堆危及工作人員的安全,反應(yīng)堆的四周得有一圈中子反射層,,用來強(qiáng)迫那些企圖跑出反應(yīng)堆的中子返回反應(yīng)堆中去,。鈹?shù)难趸锊粌H能夠像鏡子反射光線那樣把中子反射回去,而且熔點(diǎn)高,,特別能耐高溫,,是反應(yīng)堆里中子反射層的最好材料,。 ) W) m# b' ~( }9 {9 p
(3)鈹是優(yōu)秀的宇航材料,。人造衛(wèi)星的重量每增加一公斤,運(yùn)載火箭的總重量就要增加大約500kg,。制造火箭和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)材料要求重量輕,、強(qiáng)度大。鈹比常用的鋁和鈦都輕,,強(qiáng)度是鋼的四倍,。鈹?shù)奈鼰崮芰?qiáng),機(jī)械性能穩(wěn)定,。 8 ?3 [7 e$ C: }+ y: C' _1 ~
(4)在冶金工業(yè)中,,含鈹1%至3.5%的青鋼叫做鈹青銅,機(jī)械性能比鋼好,,且抗腐蝕性好,,還保持有很高的導(dǎo)電性。被用來制造手表里的游絲,,高速軸承,,海底電纜等。 ) n- p: `3 _) x, G0 p) C, z
(5)含有一定數(shù)量鎳的鈹青銅受撞擊時(shí)不產(chǎn)生火花,,利用這一奇妙的性質(zhì),,可制作石油、礦山工業(yè)專用的鑿子,、錘子,、鉆頭等,防止火災(zāi)和爆炸事故,。含鎳的鈹青銅不受磁鐵吸引,,可制造防磁零件。
! v. U) W* w( Y2 j+ Q 4.鈹對(duì)人體的毒害 |
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