ベリリウム：歴史、構造、特性、用途 - 化学 - 2025

ベリリウムは、グループ2又は周期表のIIA族に属する金属元素です。これは、グループの中で最も軽いアルカリ土類金属であり、記号Beで表されます。その原子とカチオンも同族体のそれらよりも小さい（Mg、Ca、Sr …）。

その異常な電荷密度のため、この金属は通常孤立して発生しません。ベリル（3BeO・Al ₂ O ₃・6SiO ₂・2H ₂ O）、ベルトランダイト（4BeO.2SiO ₂ .2H ₂ O）、クリソベリル（BeAl ₂ O ₄）、およびフェナカイト（Be ₂ Si ₄）。

金属ベリリウムナゲット。出典：W. Oelen

ジェムストーンであるエメラルドは、ベリルの一種です。しかし、純粋なベリリウムはそれほど印象的ではありません。淡い灰色がかった光沢（上の画像）があり、種子またはトローチの形で実現されています。

ベリリウムには一連の特徴的な物理的性質があります。密度が低い。高い熱および電気コンダクタンス、ならびにその熱容量および熱放散; それは磁性金属ではありません。また、剛性と弾性が適切に組み合わされています。

これらすべての特性により、ベリリウムは、工具製造用の銅合金での使用から、ロケット、飛行機、自動車、原子炉、X線装置、共鳴での使用に至るまで、多くの用途を持つ金属になりました。核磁気など

ベリリウムには⁵ Beから¹⁴ Be までの10の既知の同位体があり、⁹ Beが唯一の安定同位体です。同様に、それは非常に有毒な金属であり、特に呼吸器系に影響を与えるため、その使用には制限があります。

その発見の歴史

ベリリウムは、1798年にルイニコラヴォグエリンによって、ベリル鉱物の構成要素、およびアルミニウムとベリリウムのケイ酸塩として発見されました。

その後、1828年にドイツの化学者フレデリックヴェーラーは、白金るつぼ内でカリウムと塩化ベリリウムを反応させて、ベリリウムを分離することに成功しました。

同時に、独立して、フランスの化学者アントワーヌビュッシーもベリリウムの分離を達成しました。ヴェーラーは、金属にベリリウムという名前を最初に提案しました。

以前はグルシニウムとして知られていたため、1957年に現在の名前が付けられました。しかし、他の甘味のある化合物やグルシンと呼ばれる植物との混同を避けるために、ベリリウムの名前を変更することにしました。

ベリリウムの構造

ベリリウムの結晶構造。ソース：ユーザー：Dornelf

ベリリウムはアルカリ土類金属の中で最も軽いので、その原子の体積はすべての中で最小であると予想されます。ベリリウム原子は、それらの「電子の海」と核間の反発力が結果として得られる結晶の構造を形成するような方法で、金属結合を介して互いに相互作用します。

次に、黒いベリリウム結晶が形成されます。これらの結晶は六角形の構造を持っています（上の画像）。各Be原子には6つの隣接面があり、上下の面には別の3つがあります。

結晶は黒いので、六角形の構造の黒い点がベリリウム原子に置き換わっていると想像すると便利です。これは、金属が採用できる最もコンパクトな構造の1つです。そして、Beの非常に小さい原子は、それらの間の最小量のボイドまたは穴の数を回避するために「圧迫」されることが理にかなっています。

電子構成

1 秒^{2 2}秒²

これは4つの電子に等しく、そのうち2つは価電子です。電子を2p軌道に昇格させると、2つのspハイブリッド軌道ができます。したがって、ベリリウム化合物では、X-Be-Xのような線形のジオメトリが存在する可能性があります。たとえば、孤立したBeCl ₂分子、Cl-Be-Cl。

プロパティ

身体的特徴

光沢があり、もろく、スチールのような灰色の固体。

融点

1287°C

沸点

2471°C

密度

-室温で1.848 g / cm ³。

- 融点（液体状態）で1.69 g / cm ³。

原子ラジオ

112 pm。

共有結合半径

午後90時。

原子量

5 cm ³ / mol。

比熱

20°Cで1.824 J / g・mol

融合熱

12.21 kJ / mol。

蒸発熱

309 kJ / mol。

電気陰性

ポーリングスケールで1.57。

標準ポテンシャル

1.70V。

音の速さ

12,890メートル/秒。

熱膨張

25°Cで11.3 µm / m・K

熱伝導率

200 w / m K.

化学的特性

ベリリウムは、室温の空気中でそれを保護する酸化ベリリウム（BeO）の層でコーティングされています。ベリリウムの酸化は、1000℃を超える温度で発生し、製品として酸化ベリリウムと窒化ベリリウムを生成します。

また、15 Mの硝酸の作用にも耐性があります。ただし、塩酸や水酸化ナトリウムなどのアルカリに溶解します。

用途

ツール作成

ベリリウムは、銅、ニッケル、アルミニウムと合金を形成します。特に、銅との合金は、合金の重量のわずか2％を占める、硬度と抵抗の高い工具を生産します。

これらのツールは、鉄に衝突しても火花を発生させないため、可燃性ガスの含有量が多い環境で使用できます。

密度が低いため軽量であり、その剛性と合わせて、宇宙航空機、ロケット、ミサイル、飛行機での使用を可能にします。ベリリウムとの合金は、自動車部品の製造に使用されています。ばねの製造にも使用されています。

ベリリウムはその合金に与える高い硬度により、軍用機のブレーキに使用されています。

鏡作り

ベリリウムは、寸法安定性が高く、高度に研磨できるため、ミラーの製造に使用されています。これらのミラーは、衛星や消防システムで使用されています。また、宇宙望遠鏡にも使用されています。

電離放射線中

ベリリウムは低密度の元素であるため、X線を透過すると見なすことができるため、X線を発生する管の窓の構造、産業用途、医療診断に使用できます。 。

また、放射性物質検出器の窓にはベリリウムが使用されています。

磁気発生装置

ベリリウムの特徴の一つは、磁性体ではないことです。これにより、高強度の磁場が発生し、干渉を最小限に抑える磁気共鳴イメージング装置の製品の構築に使用できます。

原子炉

その高い融点のために、それは原子炉およびセラミックに用途を見出した。ベリリウムは、核反応の減速材として、および中性子の生成材として使用されます。

⁹ Be + ⁴ He（α）=> ¹² C + n（中性子）

α粒子に衝突した100万個のベリリウム原子に対して、最高3000万個の中性子が生成されると推定されています。まさにこの核反応は中性子の発見を可能にしました。

ジェームズチャドウィックは、ベリリウム原子にα（He）粒子を衝突させました。研究者は、電荷のない亜原子粒子の放出を観察し、中性子を発見しました。

金属プロテクター

酸化される可能性のある金属の表面にベリリウムの量を追加すると、ある程度保護されます。たとえば、マグネシウムの燃焼性が低下し、銀合金の輝きが長くなります。

どこにありますか？

ベリルは、雲母、長石、石英に関連するペグマタイトに含まれています。浮選技術を使用することにより、ベリルと長石の混合物が分離されます。続いて、長石とベリルを濃縮し、次亜塩素酸カルシウムで処理します。

硫酸とスルホン酸カリウムで処理した後、希釈することで、ベリルの浮選が達成され、長石から分離されます。

ベリルは、フルオロケイ酸ナトリウムとソーダで770°Cで処理され、フルオロビレートナトリウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を形成します。次に、水酸化ベリリウムは、水酸化ナトリウムを用いてフルオロベリン酸ナトリウム溶液から沈殿する。

フッ化ベリリウムは、水酸化ベリリウムをフッ化水素アンモニアと反応させて、テトラフルオロベリン酸アンモニウムを生成することによって形成されます。これを加熱してフッ化ベリリウムを形成し、フッ化マグネシウムをマグネシウムで高温処理して、ベリリウムを分離します。

リスク

微細な金属としてのベリリウムは、溶液、乾燥粉末または煙の形で非常に毒性があり、皮膚炎を引き起こす可能性があります。ただし、最大の毒性は吸入によって生じます。

最初に、ベリリウムは過敏症やアレルギーを誘発し、ベリリウム症や慢性ベリリウム病（CBD）に発展することがあります。これは、肺活量の減少を特徴とする深刻な疾患です。

急性疾患はまれです。慢性疾患では、肉芽腫は全身、特に肺に形成されます。慢性ベリリウム症は、進行性の呼吸困難、咳、および全身の衰弱（無力症）を引き起こします。

急性ベリリウム症は致命的となる場合があります。ベリリウム症では、呼吸器内のガスの流れが妨害され、動脈血の酸素化が減少するため、呼吸機能が徐々に失われます。

参考文献

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