铍的发现无疑是金属铍开发利用史上的一个十分重要的标志性事件,但金属铍的提取并非一帆风顺。铍元素在被发现30年后的1828年,维勒等人才各自独立地用金属钾还原氯化铍制得单质铍,且第一块金属铍的纯度并不高。1898年,电解法首次被用于制备金属铍。1932年,世界上首个工业化生产铍的工艺装备投产。
特别是20世纪40年代初期,人类开始认识到铍及其化合物对人体的危害。铍及其化合物的粉尘、烟雾能引起多种人体器官中毒,且氧化铍、氟化铍、氯化铍、硫化铍、硝酸铍等化合物的毒性比金属铍更大。值得一提的是,2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,铍在一类致癌物清单中。
三、铍具有哪些重要特性?
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。铍的特点:铍的化学性质活泼,能形成致密的面氧化保护层,即使在红热时,铍在空气中也十分稳定。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。
铍和锂一样,也形成保护性氧化层,因此,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。铍价态为正2价,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。
铍及其化合物都有剧毒。尽管在地壳中发现了几种形式的铍,但它的含量依然十分稀少,只占地球上所有元素的第32位。铍颜色和外表呈现银白色或钢灰色,在地壳的含量:2.6×10⁻⁴ %
铍的化学性质活泼,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。在自然界中存在于绿柱石、硅铍石和金绿宝石矿中,铍分布于绿柱石及猫睛石中。含铍的矿石有许多透明的、色彩美丽的变种,自古以来就是最名贵的宝石。
中国古代文献中记载过的宝石,比如猫精,或称猫精石、猫儿眼、猫眼石,也就是很多人称的金绿玉,这些含铍的矿石基本上都是绿柱石的变种。可由电解熔融的氯化铍或氢氧化铍而制得。
高纯度的铍又是快速中子的重要来源。无疑对于设计核反应堆的热交换器是十分重要的,比如它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,比如重要的航空发动机的关键运动部件、精密仪器等。值得一提的是,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。比如美国在卡西尼土星探测器和火星漫游者两个太空项目中,为了减轻重量,大量使用了金属铍部件。
需要提醒的是,铍具有毒性。尤其在每一立方米的空气中,只要有一毫克铍的粉尘,就能够使人染上急性肺炎——铍肺病。我国冶金行业已经使一立方米空气中的铍的含量降低到十万分之一克以下,成功地解决了铍中毒的防护问题。
事实上,与铍相比,铍的化合物的毒性更大,铍的化合物会在动物的组织和血浆中形成可溶性的胶状物质,进而与血红蛋白发生化学反应,生成一种新的物质,从而使组织器官发生各种病变,在肺和骨骼中的铍,还可能引发癌症。
四、铍的重要用途是什么?
铍透X射线的能力最强,具有“金属玻璃”之称。其合金是航空,航天,军工,电子,核能等领域不可替代的战略金属材料。铍青铜是铜合金中性能最优良的弹性合金,具有良好的导热,导电,耐热,耐磨,耐腐蚀,无磁性,弹性滞后小,冲击时不产生火花等优点,被广泛应用于国防,仪表,仪器,计算机,汽车,家电等工业中。铍铜锡合金被用于制造在高温下工作的弹簧,这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。
刚开始,因为冶炼技术不过关,炼出来的铍里含有杂质,脆性大,不好加工,加热时又容易氧化,因此,少量的铍只在特殊情况下才能使用,比如用在X射线管的透光小窗、霓虹灯的零件等。后来,铍的应用出现在广阔而重要的新领域——特别是制造铍铜合金——铍青铜。
众所周知,铜比钢铁要软很多,弹性和抵抗腐蚀的能力也不强。但在铜中加进一些铍后,铜的性能发生了惊人的变化。尤其是含铍百分之一到三点五的铍青铜,机械性能优良,硬度加强,弹性极好,抗蚀本领很高,而且还具有很高的导电能力。特别是用铍青铜制成的弹簧,可以压缩几亿次以上。
百折不挠的铍青铜,被用来制造深海探测器和海底电缆,对于海洋资源的开发具有十分重要的意义。含镍的铍青铜还有一个十分重要的的特点:它受到撞击的时候不会产生火花。因此,这个特点对炸药厂用处非常大。因为易燃易爆的材料非常怕火,比如炸药和雷管,一见火就会发生爆炸。而铁制的锤子、钻头等工具在使用时往往都会冒出火花,十分危险,无疑采用含镍的铍青铜来制造这些工具,是最合适的材料。
含镍的铍青铜不会被磁铁所吸引,不受磁场磁化,因此还是制造防磁零件的极佳材料。还有就是近年来,比重小、强度高、弹性好的铍,已经作为反射镜用到高精度的电视传真上,效果非常好,因为发送一张照片只需要几分钟。铍很长时间在资源中是一个默默无名的“小人物”,没有受到人们的重视。但在本世纪五十年代时,铍资源峰回路转,一时成了科学家们的抢手货。