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铍为什么有毒(元素的奥秘)

时间:2024-02-15 22:44:08阅读:

你可能觉得我在标题里写了错别字,我只是调皮了一下。但请你真的不要玩铍,因为它是一种剧毒的金属,铍和铍的化合物被国际癌症研究机构列为第1类致癌物。

不过铍很稀有,一般人根本就接触不到它。或者,你接触到了,但你不知道那里边有铍,比如祖母绿宝石Be?Al?(SiO?)?

一枚祖母绿宝石戒指。

铍是金属,它在元素周期表中排名第四位,位于碱土金属列的最上端,这说明铍的原子核里有4个带正电荷的质子,它的原子核外围相应地也有4个电子,这4个电子中的2个位于靠近原子核的1s轨道,另2个位于2s轨道上。

别看含有铍的宝石们一个个都光鲜亮丽身价不菲,铍金属自身却是灰头土脸很是不怎么起眼。它呈钢灰色,杨氏模量达到287GPa,硬而且脆,很容易破碎,总而言之,铍有宁折不弯的优秀品质,值得称道。

这是一块重140g的金属铍,看起来像块煤炭。

铍不仅自身坚硬,当你将铍与别的金属组成合金时,它也能大幅度改变相应合金的物理性质。当铝与铍组成合金,其屈服强度将由纯铝的7~11MPa升高到479~516MPa。由铍铜合金制成的工具坚硬且没有磁性,它的最大强度甚至能达到1400MPa。并且使用这种合金工具敲击钢铁不会发出火花,这对于许多在抗爆要求高的环境下作业是非常重要的。

一个铍铜合金扳手。

铍是每单位重量散热特性最好的金属,它拥有高比热和导热系数,并且线性热膨胀系数相对较低,因此铍是每单位重量散热特性最好的金属,当然了,由于铍很贵,一般情况下不会有人奢侈到拿它做CPU的散热器。

铍最初产生于“宇宙大爆炸”的一天之后,在原始的宇宙中只产生一种稳定的铍同位素铍-9,但在恒星的P-PII反应链中,氦-3和氦-4可以聚合而成铍-7,它的半衰期为53天:。

3He + ?He → ?Be + γ。

恒星中还合成了铍的许多其它同位素,这些同位素都不稳定,有的半衰期极短,一闪就没了,衰变成了其它的东西。

铍存在于地球的100多种矿物中,其中不乏一些名贵的宝石。比如说绿玉,我们常见的祖母绿就是绿玉的一种,它呈现出不同的绿色是因为其中掺杂有不同比例的铬离子。

绿玉、祖母绿Be?Al?(SiO?)?

海蓝宝石也是一种绿玉,海蓝宝石的淡蓝色归因于其中含有二价铁离子Fe2?,当其中混有Fe3?离子则显示金黄色,而当Fe2?与Fe3?离子同时存在则显出深蓝色。

一块海蓝宝石结晶体。

金绿宝石,尽管都含有铍,但从化学式我们可以看出它与绿玉是完全不一样的东西,金绿宝石有一个我们耳熟能详的俗称“猫儿眼”,它的金黄颜色也是因为其中掺杂了不同数量的Fe3?离子。

金绿宝石。

除了上面这几种宝石外,含铍的矿物还有被称为Bertrandite的一种铍硅酸盐氢氧化物Be?Si?O?(OH)?,和硅铍石phenakite。世界铍的总矿石储量超过40万吨,分布于巴西、阿根廷、俄罗斯、印度、马达加斯加和美国。

铍的化合物有很多种,从这些化合物中提取铍是一个复杂的过程。这倒不是因为它们都是珍贵的宝石,而是因为铍在低温下不会氧化,但在高温下对氧却有很高的亲和力,而且当铍表面的氧化膜被除去时,它在水中的浓度会降低。铍的原子和离子半径很小,它具有非常高的电离势和强极化,同时与其他原子键合,这使得铍具有不同于其它碱土金属的化学特性:它的所有化合物都是共价的。

你现在应该明白了,类似的问题只会出现在对铍或铍产品的工业加工过程中,只要实施严密的劳动防护,基本上可以杜绝危害的发生。并且,铍的精密加工产品通常需要技术人员戴上手套才能接触它,否则会在上面留下指纹。

这个打磨光滑的铍球是罗经组件,你需要戴手套才能碰它。

铍的应用十分广泛,因为独特的物理性能,它不仅用来制造一些高端坚硬的工具,一些国家还利用纯铍来制造液体火箭发动机的喷嘴。有些铍产品在应用了几年之后就被放弃了,比如说梅赛德斯-奔驰公司一度为麦克拉伦一级方程式车队的F1赛车制造了铍铝合金的发动机活塞。美国军火商也利用铍的高硬度、高熔点和出色的散热能力将其打造成战斗机的刹车片。这些应用后来都因为铍在摩擦后会释放有毒烟尘而中止了。

铍一度被用作F1赛车发动机活塞。

铍既轻又坚硬,并且有极出色的热性能,它受热后的形变小,因此铍经常被拿来制做太空望远镜的反射镜面,它也用作飞机坦克的火控系统及光学引导系统。在这方面铍的优势是其它任何元素都无法替代的。与镀镍的镜子相比,铍镜可以更容易地抛光到更精细的光学表面,在詹姆斯韦伯太空望远镜和斯皮策太空望远镜中,用的都是铍制作的反射镜。

詹姆斯韦伯太空望远镜镀金铍镜面。

由于原子序数只有4,密度也仅为1.85g/cm3,铍对X射线透明,所以它最早被用来当成X光机射线源的“窗口”,这算是铍这种金属最古老的应用了。

与此同时,铍-9的原子核里有4个质子和5个中子,铍对于高能中子具有大的散射截面,它对中子强反射。这个特性被用在了--的设计中,当弹头中的钚-239发生内爆,包裹在其周围的铍层会将绝大多数的中子约束在氘化锂的周围,以促使产生更多的氚,从而使聚变反应更加彻底。

在--引爆的过程中,铍内壳充当了中子反射镜。

除了拿来制做--武器,铍在一些高端奢侈的民用产品上也有应用。因为轻且坚固,铍合金被用来制作极高端自行车的车架。因为出色的声学性能,它也被制成发烧级音响的高音喇叭。它还在一些有极高要求的场合被制成各种弹簧。

铍是最轻的一种碱土金属,它在宇宙中的丰度很低,在地球上的储量也极少。

含有铍的矿石有许多是宝石,它们是富豪们掌上的奢侈品。

由于2s轨道的两个电子距离原子核比较近,铍具有许多其它金属无法比拟的优越性能,因此被制作成各种有特殊要求的产品。同样地,由于铍稀有且难以提炼,铍的产品都是昂贵的奢侈品,一般人没有机会玩铍。

铍和铍的化合物在加工过程中产生的粉尘和烟雾有剧毒,大量或长期吸入之后会引发癌变,不过普通人不会接触到这些,因此大可不必担心。

铍,你我没有机会玩,所以有没有毒无所谓。话说回来,--也是一类致癌物,但抽烟的人可不管这些,照抽不误。所以通过这篇了解元素的科学才最重要。

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