元素周期表系列：第4号元素——铍元素
张磊
博士科普元素团队
住在绿宝石里面的金属元素-铍
在自然界中，铍元素都会与其他元素相结合，从而形成矿物，如绿柱石（海蓝宝石、祖母绿）、金绿宝石等等。
铍元素是什么样一种元素呢？
博科小答：铍的元素符号为Be，原子序为4，属于碱土金属。铍在恒星核合成过程中产生，是宇宙中较为稀有的元素之一。单质铍是钢灰色的金属，轻、硬而易碎。
在合金材料（铝合金、铜合金等）制备过程中加入铍，可以加强其物理性质（例如硬度），适合制备重量低且强度高的材料。
因为金属铍容易被X射线等电离辐射穿透，铍也常作为X射线仪器和粒子物理学实验室中常用的窗口材料。
铍元素有什么物理化学性质？
博科小答：铍是呈现钢灰色的坚硬金属，室温下易碎，晶体是六方密排结构。杨氏模量为287 Gpa刚性极高，比钢高约50%。铍的热容量高、热导率高，因此铍是每单位重量散热性最佳的金属材料。
铍的原子半径和离子半径较小，决定了其电离能非常高，与其他原子键合时有很强的极化性，所以铍的化合物都属于共价化合物。
金属铍的表面会形成氧化层，避免其进一步在空气中被氧化；只有在1000℃以上的条件下，铍才会继续和空气发生氧化作用。
铍原子的电子排布为2S2 ，有两个外层电子，几乎永远以+2氧化态形成共价键。
氧化铍（BeO）是白色的耐火材料，属于两性化合物。氮化铍（Be3N2）是高熔点、可轻易水解的化学物。碳化铍（Be2C）是砖红色耐火材料，可和水发生反应，生成甲烷。但并没有已知的铍的硅化物。
在哪里可以找到铍？
博科小答：单质铍在自然界中并不存在。铍都是以与其他元素结合的形式存在。铍的矿物有上百种，但都不是很常见，例如：绿柱石（Al2Be3Si6O18）、羟硅铍石（Be4Si2O7(OH)2）和金绿宝石（Al2BeO4）等。绿柱石包括大家熟知的海蓝宝石、红绿柱石和祖母绿。铍的主要矿石是绿柱石和羟硅铍石。这些矿石在阿根廷、巴西、印度、马达加斯和美国分布较多。全球约40万吨铍矿。
铍元素是怎么发现的呢？
博科小答：在1798年，法国矿物学家路易-尼古拉·沃克兰分析绿柱石时，发现了铍。在那个年代，人们还不知道祖母绿就是绿柱石的一种。当沃克兰把苛性钾溶液加入绿柱石和祖母绿的酸溶液，都获得一种氢氧化物沉淀，且不溶于过量碱。沃克兰证明了这两种物质中具有同一组分，并含有一种新元素。同年，沃克兰向法兰西学会发表相关论文。因为铍形成的盐具有甜味，《化学与物理年刊》的编辑命名为“Glycine”。后来因为也有植物名为“Glycine”，克拉普罗特以绿柱石（Beryl）为其命名“Beryllina”。
1828年，弗里德里希·维勒使用钾金属和氯化铍反应，分离出单质铍，首次使用元素名称“Beryllium”。同时安托万·比西也使用此方法，独立分离出铍。
铍有毒吗？
博科小答：铍和其化合物是1类致癌物。人体内有大约35毫克的铍，不足以造成伤害。铍和镁的化学性质类似，会在酶中取代镁，破坏酶的功能。铍粉尘会引起肺部和循环系统肉芽肿病。
第二次世界大战期间，因为对于铍铜合金和含铍的荧光灯磷光体需求增加，铍被大量生产。后来因为人们发现铍具有毒性，之后卤磷酸盐磷光体逐渐取代了铍磷光体。
应用广泛的铍元素
导弹、火箭和宇宙飞船部件：由于铍具有高强度、在很大的温度范围内稳定保持形状、显著的抗腐蚀性、价格昂贵等特点，常用来制成导弹、火箭和宇宙飞船的部件。一些液体火箭发动机喷嘴由纯金属铍制成。
引擎活塞：在1998到2000年期间，迈凯轮一级方程式车队用铍铝合金制造梅赛德斯-奔驰引擎活塞，法拉利车队抗议，之后国际汽车联合会决定禁止使用铍引擎部件。
铍镜子：由于太空望远镜的作业温度很低，为33 K，镜子需由比玻璃更能承受极低温度的镀金铍金属制成。詹姆斯·韦伯太空望远镜由18块六边形铍镜子组成。史匹哲太空望远镜也有铍金属镜子。
核磁共振成像仪部件：铍基材料不受磁铁吸引。核磁共振成像仪会产生巨大的磁场，其结构材料也常会使用铍。
高频扬声器驱动器材料：由于铍质量低、刚度高，适合做高频扬声器驱动器材料。铍的价格相对昂贵（比钛高几倍）、塑型时易碎、且具有一定的毒性，只有高端家居、专业音响和公共广播设备才会使用含铍的高音扬声器。
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参考文献
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2维基百科-铍
3Emsley, John. Nature’s Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. 2001. ISBN 0-19-850340-7.
4Mackay, Kenneth Malcolm; Mackay, Rosemary Ann; Henderson, W. Introduction to modern inorganic chemistry 6th. CRC Press. 2002. ISBN 0-7487-6420-8.
5Weeks, Mary Elvira; Leichester, Henry M. Discovery of the Elements. Easton, PA: Journal of Chemical Education. 1968. LCCCN 68-15217.
6ATSDR环境医学案例分析：铍的毒性（美国卫生及公共服务部）
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