باز کردن منو اصلی

بریلیم

چهارمین عنصر جدول دوره‌ای
(تغییرمسیر از برلیم)


بِریلیم (به انگلیسی: Beryllium) عنصری شیمیایی با عدد اتمی ۴ و نشان شیمیایی Be است. بریلیم یک عنصر نادر در جهان است که معمولاً به عنوان یک محصول از برخورد اتم‌های بزرگتر با پرتوهای کیهانی شناخته می‌شود. در هسته ستارگان بریلیم وجود دارد که با تخلیه آن عناصر بزرگتری به وجود می‌آیند. بریلیم عنصری دو ظرفیتی است که به‌طور طبیعی تنها در ترکیب با عناصر دیگر یافت می‌شود. سنگ‌های قیمتی معروفی که بریلیم به همراه دارند عبارتند از: بریل (زمرد)(beryl)، کریزوبریل (chrysoberyl). به عنوان یک عنصر آزاد، یک فلز قلیایی خاکی، خاکستری، قوی، سبک و شکننده است. بریلیم هنگامی که به عنوان عنصر آلیاژی با آلومینیوم، مس (مخصوصا آلیاژ بریلیم-مس)، آهن و نیکل استفاده می‌شود بسیاری از خواص فیزیکی را بهبود می‌بخشد. بریلیم هنگامی که به دمای بالا می‌رسد اکسید تشکیل نمی‌دهد. ابزارهای ساخته شده از آلیاژهای بریلیم-مس بسیار مقاوم و سخت هستند و هنگامی که با سطوح فلزی برخورد می‌کنند جرقه ایجاد نخواهند کرد.

لیتیمبریلیمبور
-

Be

Mg
ظاهر
white-gray metallic
ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد بریلیم، Be،‏ 4
تلفظ به انگلیسی ‎/bəˈrɪliəm/‎ bə-RIL-ee-əm
نام گروهی برای عناصر مشابه فلزات قلیایی خاک
گروه، دوره، بلوک ۲، ۲، s
جرم اتمی استاندارد 9.012182 گرم بر مول
آرایش الکترونی 1s2 2s2
الکترون به لایه 2, 2
ویژگی‌های فیزیکی
حالت جامد
چگالی (نزدیک به دمای اتاق) 1.85 g·cm−۳
چگالی مایع در نقطه ذوب 1.690 g·cm−۳
نقطه ذوب 1560 K،‎ 1287 °C،‎ 2349 °F
نقطه جوش 2742 K،‎ 2469 °C،‎ 4476 °F
گرمای هم‌جوشی 12.2 کیلوژول بر مول
گرمای تبخیر 297 کیلوژول بر مول
ظرفیت گرمایی 16.443 کیلوژول بر مول
فشار بخار
فشار (پاسکال) ۱ ۱۰ ۱۰۰ ۱k ۱۰k ۱۰۰k
دما (کلوین) 1462 1608 1791 2023 2327 2742
ویژگی‌های اتمی
وضعیت اکسید شدن 2, 1[۱]
(آمفوتر oxide)
الکترونگاتیوی 1.57 (مقیاس پاولینگ)
انرژی‌های یونش
(more)
نخستین: 899.5 کیلوژول بر مول
دومین: 1757.1 کیلوژول بر مول
سومین: 14848.7 کیلوژول بر مول
شعاع اتمی 105[۲] pm
شعاع اتمی محاسبه شده 112 [۳] pm
شعاع کووالانسی 96±3 pm
شعاع واندروالانسی 153 pm
متفرقه
ساختار کریستالی hexagonal
مغناطیس diamagnetic
مقاومت ویژه الکتریکی (20 °C) 36 nΩ·m
رسانایی گرمایی (300 K) 200 W·m−1·K−1
انبساط گرمایی (25 °C) 11.3 µm·m−1·K−1
سرعت صوت (سیم نازک) (دمای اتاق) 12870[۴] m·s−1
مدول یانگ 287 GPa
مدول برشی 132 GPa
مدول حجمی 130 GPa
نسبت پواسون 0.032
سختی موس 5.5
سختی ویکر 1670 MPa
سختی برینل 600 MPa
عدد کاس 7440-41-7
پایدارترین ایزوتوپ‌ها
مقاله اصلی ایزوتوپ‌های بریلیم
ایزوتوپ NA نیمه‌عمر DM DE (MeV) DP
7Be ایزوتوپ پرتوزای ناچیز 53.12 d ε 0.862 7Li
γ 0.477 -
9Be 100% 9Be ایزوتوپ پایدار است که 5 نوترون دارد
10Be ایزوتوپ پرتوزای ناچیز 1.36×106 y β 0.556 10B

ایزوتوپها و هسته سنتزویرایش

هر دو ایزوتوپ پایدار و ناپایدار بریلیم در ستارگان ایجاد می‌شوند، اما رادیو ایزوتوپ‌ها طولانی نیستند. اعتقاد بر این است که بیشتر بریلیم پایدار در جهان در ابتدا در محیط میان ستاره ای ایجاد شد، زمانی که اشعه‌های کیهانی باعث تجزیه در عناصر سنگین تر در گاز و گرد و غبار بین ستاره ای گردید. بریلیم اولیه حاوی تنها یک ایزوتوپ پایدار، 9Be است و بنابراین بریلیم یک عنصر monoisotopic است.Cosmogenic رادیواکتیو 10Be در فضای زمین توسط اشعه کیهانی اکسیژن تولید می‌شود. 10Be در سطح خاک تجمع می یابد، در حالی که نیمه عمر آن نسبتا طولانی (1.36 میلیون سال) اجازه می‌دهد تا زمان اقامت طولانی قبل از تجزیه به بور-10. بنابراین، 10Be و محصولات دخترانه آن برای بررسی فرسایش خاک طبیعی، شکل‌گیری خاک و توسعه خاک‌های لدیتی و همچنین به عنوان یک پروکسی برای اندازه‌گیری تغییرات فعالیت خورشیدی و سن هسته یخ استفاده می‌شود. تولید 10Be به‌طور معکوس متناسب با فعالیت خورشیدی است، زیرا افزایش انرژی خورشیدی در طول فعالیت‌های خورشیدی زیاد موج شار اشعه‌های کیهانی که به زمین می‌رسند را کاهش می‌دهد. انفجار هسته ای با واکنش سریع نوترون‌ها با 13C در دی اکسید کربن در هوا، 10Be را تشکیل می‌دهد. این یکی از شاخص‌های فعالیت گذشته در سایت‌های تست سلاح هسته ای است. ایزوتوپ 7Be (نیمه عمر 53 روز) همچنین کیهان‌شناسی است و فراوانی اتمسفر مربوط به لکه‌های خورشیدی را نشان می‌دهد، بسیار شبیه به 10Be.8Be نیمه عمر بسیار کوتاه حدود 7 × 10-17 ثانیه است که نقش مهم کیهان شناختی آن را ایفا می‌کند، زیرا عناصر سنگین تر از بریلیوم نمی‌توانند از طریق همجوشی هسته ای در Big Bang تولید شوند. این به دلیل عدم وجود کافی زمان فاز فاز هسته ای فوران بیگ بنگ برای تولید کربن با ترکیب هسته‌های 4He و غلظت‌های بسیار پایین بریلیم -8 در دسترس است. سرفورد هیل، ستاره شناس انگلیسی، ابتدا نشان داد که سطوح انرژی 8Be و 12C باعث تولید کربن توسط فرایند به اصطلاح سه‌گانه آلفا در ستاره‌های سوخت هلیوم می‌شود که زمان بیشتری برای هسته اشباع وجود دارد. این فرآیند اجازه می‌دهد که کربن در ستاره تولید شود، نه در بیگ بنگ. بنابراین کربن ستاره ای (اساس کربن مبتنی بر زندگی) در نتیجه یک عنصر در عناصر گاز و گرد و غبار اخراج شده توسط ستاره AGB و ابرنواختر (همچنین هسته اتمسفر بیگ بنگ)، و همچنین ایجاد تمام عناصر دیگر با اعداداتمی بزرگتر از کربن. الکترون‌های 2s بریلیم ممکن است به پیوند شیمیایی کمک کنند. بنابراين، هنگامي كه 7Be با جذب L-electron تخريب مي شود، با اتخاذ الكترون از اوربيتال هاي اتمي كه ممكن است در پيوند شركت كنند، اين كار را انجام مي دهد. این باعث می‌شود که نرخ فروپاشی آن به میزان قابل اندازه‌گیری بر محیط شیمیایی آن یک اتفاق نادر در فرسایش هسته ای باشد. ایزوتوپ معروف‌ترین برلیلی 13 بی است که از طریق انتشار نوترون فرو می‌ریزد. این نیمه عمر 2.7 × 10-21 ثانیه است. 6Be نیز بسیار کوتاه مدت با نیمه عمر 5.0 × 10-21 ثانیه است. ایزوتوپ‌های عجیب و غریب 11Be و 14Be شناخته شده‌اند که هاله هسته ای را نشان می‌دهند. این پدیده را می‌توان به عنوان هسته‌های 11Be و 14Be به ترتیب 1 و 4 نوترون که به‌طور قابل توجهی در خارج از مدل کریستال فری 'آب' قطره هسته در نظر گرفته شده‌است درک می‌شود.


خواص فیزیکی و مکانیکی بریلیمویرایش

بریلیم ساختار HCP دارد و به دلیل اینکه نمک‌های بریلیم در زمان تست شیرین است به نام گلوسیوم نیز شناخته می‌شود. چون ساختار BCC در شکل‌دهی برای ما مطلوب است با افزایش دما در حدود 35 درجه قبل از دمای ذوب بریلیم، تغییر فاز انجام داده و ساختار BCC در آن تشکیل می‌شود که بریلیم بتا نامیده می‌شود که با افزودن عناصری همچون کبالت، نیکل و مس می‌توان پایداری آن را بهبود بخشید. در ساختار بریلیم الکترون‌ها در لایه دوم علاوه بر پیوندهای فلزی پیوندهای کووالانسی نیز دارند که این پیوندها مانع از سر خوردن اتم‌ها و صفحات روی هم می‌شوند و استحکام بریلیم ناشی از این دلیل می‌باشد به عبارت دیگر ماهیت دوگانه اتم‌ها در بریلیم ویژگی‌های عجیب این فلز را می سازند. ساختار کریستالی HCP از تکرار یک صفحه متراکم تشکیل شده‌است که نابجایی‌ها در آن حرکت می‌کنند که صفحه BASAL نامیده می‌شود و اولین نابجایی‌ها در صفحه متراکم تشکیل می‌شوند چون از همه متراکم ترند. زمانی که تغییر شکل روی صفحه ای غیر از Basal رخ دهد دیگر نمی‌توان تغییر شکل انجام داد و آلیاژ ما ترک میخورد یعنی انرژی رشد ترک کمتر از انرژی حرکت نابجایی هاست و متریال ترک را توسعه می‌دهد. در فلزات دیگر در ساختار کریستالی زمانی که عبور نابجایی‌ها با موانعی روبرو می‌شوند با تغییر صفحه لغزش یا دور زدن با اعمال تنش برشی می‌توانند از مانع عبور کنند یعنی علاوه بر حرکت در صفحه Basal باید در جهات دیگر نیز حرکت کنند ولی در بریلیم به دلیل وجود پیوند کووالانسی این اتفاق نمی‌افتد و باعث پارگی در برخورد با موانع می‌شود. به‌طور کلی خواص مکانیکی بریلیم وابسته به اندازه دانه آن می‌باشد و در حالت ریزدانه قابلیت تغییر شکل دارد و اگر اینطور نباشد بسیار ترد می‌شود و هر چقدر اندازه دانه ما بزرگتر باشد در پشت مرزدانه، نابجایی‌های بیشتری جمع می‌شوند و تنش بیشتری به مرزدانه‌ها اعمال می‌شود و پارگی و شکست رخ می‌دهد پس در مواقع تغییر شکل بریلیم اندازه دانه را کوچکتر می‌کنند تا مقدار کمی نابجایی در پشت موانع جمع گردد.

خواص شیمیاییویرایش

اتم بریلیم دارای پیکربندی الکترونیکی 2s2 است. اکسیداسیون غالب بریلیوم +2 است؛ اتم بریلیم هر دو الکترون الکترونی خود را از دست داده است. به عنوان مثال، ترکیبات بیس (کربن) در حالت اکسیداسیون پایین تر یافت می‌شود. رفتار شیمیایی بریلیوم عمدتا به دلیل شعاع کوچک اتمی و یونی آن است. بنابراین این پتانسیل یونیزاسیون بسیار بالا و قطبش قوی است، در حالی که به سایر اتم‌ها متصل است، به همین دلیل تمام ترکیبات آن کووالانسی هستند. شیمی آن شباهت به شیمی آلومینیوم دارد، نمونه ای از یک رابطه مورب. یک لایه اکسید روی سطح فلز بریلیم تشکیل شده‌است که از واکنش‌های بیشتر با هوا جلوگیری می‌کند، مگر اینکه در دمای 1000 درجه سانتیگراد گرم شود. بریلیوم هنگامی که در معرض هوا قرار می‌گیرد، به سرعت در حال سوختن یک ترکیب از اکسید بریلیوم و نیترید بریلیوم می‌شود. بریلیم به آسانی در اسیدهای غیر اکسیداسیون مانند HCl و H2SO4 رقیق می‌شود، اما نه در اسید نیتریک و آب، زیرا این اکسید را تشکیل می‌دهد. این رفتار مشابه فلز آلومینیوم است. بریلیم نیز در محلول قلیایی حل می‌شود.

ترکیبات دوتایی بریلیم (II) در حالت جامد پلیمری هستند. BeF2 دارای یک ساختار مشابه سیلیس با چهاربره BeF4 است. BeCl2 و BeBr2 دارای ساختارهای زنجیره ای با چهار تتراهاد لبه هستند. اکسید بوریل، BeO، جامد مقاوم به نور سفید است که ساختار بلوری وورتزیت دارد و هدایت حرارتی همانند بعضی فلزات است. BeO amphoteric است. سولفید بریلیم، سلنید و تلورید شناخته شده‌است که همه آن‌ها دارای ساختار zincblende است. نیترید بریلیم، Be3N2 یک ترکیب با نقطه بالا ذوب است که به راحتی هیدرولیز می‌شود. بیلیوم آزید، BeN6 شناخته شده و فسفید بوریلیم است، Be3P2 دارای ساختار مشابهی با Be3N2 است. تعدادی بورید بریلیوم از قبیل Be5B، Be4B، Be2B، BeB2، BeB6 و BeB12 شناخته شده‌است. کاریدید بریلیم، Be2C، ترکیب آجر نسوز مقاوم در برابر حرارت است که با متان به واکنش می‌دهد. هیچ سیلسید بریلیم شناسایی نشده‌است.(Halides BeX2 (X = F، Cl، Br، دارای ساختار مولکولی مونومر خطی در فاز گاز است. مجتمع‌های هالیدها با یک یا چند لیگاند تشکیل می‌شوند که مجموع دو جفت الکترون را به وجود می آورند. این ترکیبات به قانون okte متصل می‌شوند. دیگر مجتمع‌های 4 مختصات مانند آکوا یون [Be (H2O)+ نیز از قانون اوکته اطاعت می‌کنند.

محلول‌های نمک بریلیم مانند سولفات بریلیم و نیترید بریلیم به علت هیدرولیز یون Be H2O+ اسیدی هستند. غلظت اولين محصول هيدروليزي (Be (H2O کمتر از 1٪ غلظت بريليوم است. پایدارترین محصول هیدرولیز یون یون تریمیک [Be3 (OH) 3 (H2O+ است. هیدروکسید بریلیلی، Be (OH) 2، در pH 5 یا بیشتر در آب حل نمی‌شود. در نتیجه ترکیبات بریلیم به‌طور کلی در pH بیولوژیکی غیرقابل حل هستند. به همین دلیل، استنشاق گرد و غبار فلزی بریلیوم توسط افراد باعث ایجاد شرایط مرگبار بریلیوز می‌شود. Be (OH) 2 در محلول‌های قوی قلیایی حل می‌شود. در اسیدهای پایه بریلیوم، اتم مرکزی اکسیژن توسط یک چهارگوش اتمی بریلیم احاطه شده‌است. difluoride بریلیم، بر خلاف دیگر difluorides زمین قلیایی، بسیار محلول در آب است. محلول‌های آبی این نمک حاوی یون‌هایی مانند [Be (H2O) 3F] می‌باشد . هیدروکسید بریلیل با بفلورید آمونیوم واکنش می‌دهد تا نمک آمونیوم تترافلوبربریلد را تشکیل دهد ([H4N [BeF42.

تاریخچهویرایش

بریل معدنی که حاوی بریلیم است، حداقل از زمان سلسله پتلویم مصر استفاده شده‌است. در قرن سیزدهم میلادی، پلیسی پیرمرد، فیلسوف طبیعت گرایان، در دایره المعارف تاریخ طبیعی خود را ذکر کرد که بریلا و زمرد ("smaragdus") مشابه بودند. پاپروس گریکوس هولیمینسی، که در قرن سوم و چهارم میلادی نوشته شده‌است، حاوی نکاتی دربارهٔ نحوه ساختن مصنوعی زمرد و بریل است. تجزیه و تحلیل‌های اولیه از زمردها و بریل‌ها توسط مارتین هاینریش کلاپرت، توربرن اولف برگمن، فرانتس کارل آشارد و یوهان یعقوب بیدمیم همیشه عناصر مشابهی را به ارمغان آورده اند، که منجر به نتیجه نادرستی می‌شود که هر دو ماده سیلیکات آلومینیوم هستند. مینرالوگرافی رنه جوزی کشف کرده‌است که هر دو بلورها از نظر هندسی یکسان است و او از شیمیدان لوئیس نیکلاس Vauquelin برای تجزیه و تحلیل شیمیایی پرسید. در مقاله ای که در سال 1798 منتشر شد، قبل از Institut de France خواند، Vauquelin گزارش داد که او با کشف هیدروکسید آلومینیوم از زمرد و بریل در قلیایی اضافی زمین جدیدی پیدا کرد. سردبیران مجله Anales de Chimie et de Physique زمین جدید "گلوکین" را برای طعم شیرین برخی از ترکیبات آن نامگذاری کردند. Klaproth نام "بریلینا" را ترجیح داد به این دلیل که یتریا همچنین نمک‌های شیرین تشکیل داد. نام "بریلیم" برای اولین بار توسط وهلر در سال 1828 استفاده شد. فریدریش وولر و آنتوان بسسی به‌طور مستقل بریلیم را در سال 1828 توسط واکنش شیمیایی پتاسیم فلزی با کلرید بریلیم جدا کردند.

BeCl2 + 2 K → 2 KCl + Be

با استفاده از لامپ الکل، ورلرر لایه‌های متناوب از کلرید بریلیم و پتاسیم را در یک بوته پلاتین سقفی خاموش می‌کند. واکنش بالا بلافاصله صورت گرفت و منیزیم داغ شد. پس از خنک کردن و شستن پودر خاکستری به رنگ سیاه، متوجه شد که از ذرات ریز با بلندی بلندی ساخته شده‌است. پتاسیم بسیار واکنشی توسط الکترولیز ترکیبات آن تولید شده‌است، فرایندی که 21 سال پیش کشف شد. روش شیمیایی با استفاده از پتاسیم، تنها دانه‌های کوچکی از بریلیم را تولید کرد که از شمش فلز نمی‌توانست استفاده شود. الکترولیز مستقیم ترکیب مخلوط فلوراید بریلیم و فلوراید سدیم توسط پل لوبو در سال 1898 اولین نمونه خالص (99.5 تا 99.8٪) بریلیم را تشکیل داد. با این حال، تولید صنعتی تنها پس از جنگ جهانی اول آغاز شد. مشارکت صنعتی اصلی شامل شرکت‌های وابسته و دانشمندان مربوط به شرکت اتحادیه کاربید و کربن در کلیولند OH و زیمنس و هالسک AG در برلین بود. در ایالات متحده، فرایند توسط هیو کوپر، مدیر شرکت آزمایشگاه کمت، اداره شد. در آلمان اولین پروسه تجاری برای تولید بریلیم در سال 1921 توسط آلفرد سهام و هانس گلدشتیت توسعه یافت. نمونه بریلیم با پرتوهای آلفا از فروپاشی رادیوم در یک آزمایش 1932 توسط جیمز چادویک بمباران شد که وجود نوترون را کشف کرد . این همان روش در یک کلاس از منابع نوترون آزمایشگاهی مبتنی بر رادیوایزوتوپ استفاده می‌شود که 30 نوترون برای هر میلیون ذره α تولید می‌کند. تولید بریلیم در طول جنگ جهانی دوم به علت افزایش تقاضا برای آلیاژهای مس بریلیم و فسفر برای نورهای فلورسنت افزایش چشمگیری داشته‌است. اکثر لامپ‌های فلورسنت ابتدایی، ورتیسلیکات روی را با محتوای متفاوت بریلیوم برای انتشار نور سبز استفاده کردند. افزودنی‌های کوچک از تنگستن منیزیم بخش آبی طیف را برای تولید یک نور سفید قابل قبول بهبود بخشید. پس از بریلیوم، فسفرهای حاوی هالوفسفات جایگزین فسفری بریلیوم شدند. الکترولیز مخلوطی از فلوراید بریلیم و فلوراید سدیم برای جداسازی بریلیم در قرن نوزدهم استفاده شد. نقطه ذوب بالای فلز باعث می‌شود که این فرآیند بیشتر انرژی مصرفی نسبت به فرایندهای مورد استفاده برای فلزات قلیایی داشته باشد. در اوایل قرن بیستم، تولید بریلیم توسط تجزیه حرارتی بریلیم یدید پس از موفقیت یک فرایند مشابه برای تولید زیرکونیم مورد بررسی قرار گرفت، اما این روند برای تولید حجمی غیرممکن است. فلزی بریلیم خالص تا سال 1957 به راحتی در دسترس نبود، هرچند که به عنوان یک فلز آلیاژ برای سخت شدن و سخت شدن مس خیلی زودتر استفاده می‌شد. بریلیم می‌تواند با کاهش ترکیبات بریلیم مانند کلرید بریلیوم با پتاسیم یا سدیم فلزی تولید شود. در حال حاضر بیشتر بریلیم با کاهش فلوراید بریلیم با منیزیم خالص تولید می‌شود. قیمت بازار آمریکایی برای شمش بریلیم خام به ارزش 338 دلار در هر پوند (745 دلار در هر کیلوگرم) در سال 2001 بود. بین سال‌های 1998 و 2008، تولید جهانی بریلیوم از 343 به 200 تن کاهش یافت، از جمله 176 تن (88 ٪) از ایالات متحده آمده است.

کاربرد های کلی بریلیمویرایش

به دلیل خواص مکانیکی و فیزیکی عجیب فلز بریلیم، فرآیندهای تولید آن سخت و هزینه زیادی دارند. فلز بریلیم به دلیل دارا بودن خواصی از جمله جرم کمتر، دمای ذوب بیشتر، دمای جوش بیشتر، مدول الاستیک خیلی بالا و ضریب هدایتی گرمای بیشتر جز آلیاژهای سبک محسوب شده و در ساختارهای حساس و پیشرفته ای از جمله فضاپیما، زیردریایی، لنت ترمز هواپیما و تلسکوپ‌های پیشرفته کاربرد دارد.

کاربرد های بریلیم در ابزارهای مکانیکیویرایش

به دلیل سختی، وزن سبک و ثبات ابعادی در یک محدوده وسیع دما، فلز بریلیم برای اجزای ساختاری سبک وزن در صنایع دفاع و هوافضا در هواپیماهای با سرعت بالا، موشک‌های هدایت شده، فضاپیماها و ماهواره‌ها استفاده می‌شود. چندین موشک سوخت مایع از نازل‌های موشکی ساخته شده از بریلیم خالص استفاده کرده‌اند. پودر بریلیوم به عنوان یک سوخت راکت شناخته می‌شود، اما این استفاده هرگز صورت نگرفته‌است. تعداد کمی از فریم‌های دوچرخه فوق العاده بالا با بریلیوم ساخته شده‌است. از سال 1998 تا 2000، تیم مکلارن فرمول یک از موتورهای مرسدس بنز با پیستون‌های برلیلی و آلومینیوم استفاده کرد. استفاده از اجزای موتور بریلیوم پس از اعتراض Scuderia Ferrari ممنوع شد. مخلوط کردن حدود 2/0 درصد بریلیم به مس، یک آلیاژ نامیده می‌شود که بریلیم مس است که شش برابر قویتر از مس است. آلیاژهای بریلیم در بسیاری از کاربردها به دلیل ترکیبی از کشش، هدایت الکتریکی بالا و هدایت حرارتی، مقاومت بالا و سختی، خواص غیر مغناطیسی، و نیز مقاومت در برابر خوردگی و خستگی خوب است. این برنامه‌ها عبارتند از ابزارهای غیر جرقه ای که در نزدیکی گازهای قابل اشتعال (بریلیم نیکل)، در چشمه‌ها و غشاهای (آهن بریلیوم و نیکل و بریلیم) مورد استفاده در دستگاه‌های جراحی و دستگاه‌های با درجه حرارت بالا قرار می‌گیرند. به اندازه 50 عدد در میلیون از بریلیم آلیاژی با منیزیم مایع منجر به افزایش قابل توجهی در مقاومت در برابر اکسیداسیون و کاهش اشتعال پذیری می‌شود. سختی الاستیک بالا بریلیم منجر به استفاده گسترده آن در ابزار دقیق، به عنوان مثال در سیستم‌های هدایت حرارتی و در مکانیسم‌های پشتیبانی برای سیستم‌های نوری. آلیاژهای مس بریلیم نیز به عنوان یک عامل سخت‌کننده در "اسلحه جیسون" استفاده می‌شوند که برای رنگ آمیزی از روی پوست کشتی استفاده می‌شود. بریلیم برای کانتیلرها در کارتریج فونوگرافی با کارایی بالا استفاده می‌شود، جایی که سختی شدید آن و تراکم کم برای ردیابی وزن به 1 گرم کاهش می یابد، با این حال هنوز مسیرهای با فرکانس بالا را با حداقل تحریف دنبال می‌کنند. یکی از برنامه‌های کاربردی اولیه بریلیم به علت سختی آن، نقطه ذوب بالا و توانایی استثنایی برای از بین بردن گرما در ارتفاعات هواپیماهای نظامی بود. ملاحظات زیست‌محیطی به مواد جایگزین منجر شده‌است. برای کاهش هزینه‌ها، بریلیم را می‌توان با مقادیر قابل توجهی از آلومینیوم آلیاژی تولید کرد، که در نتیجه آلومینیوم AlBeMet (نام تجاری) است. این ترکیب ارزان تر از بریلیم خالص است، در حالیکه هنوز بسیاری از خواص مطلوب را حفظ می‌کند.

کاربرد بریلیم در صنایع هسته ایویرایش

صفحات و فویل‌های نازک بریلیم گاهی در طرح‌های سلاح‌های هسته ای به عنوان لایه‌های بسیار بیرونی چاله‌های پلوتونیوم در مراحل اولیه بمب‌های ترموجیک قرار می‌گیرند که برای محفظه مواد شکافت پذیر قرار می‌گیرند. این لایه‌های بریلیوم برای "انفجار" پلوتونیوم 239 "خوب" هستند و بازتابنده‌های نوترونی خوبی هستند همانند راکتورهای اتمی هسته ای بریلیوم. بریلیم نیز معمولاً در بعضی از منابع نوترونی در دستگاه‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شود که در آن تعداد کمی از نوترون‌ها مورد نیاز است (به جای استفاده از راکتور هسته ای یا ژنراتور نوترونی شتاب دهنده ذرات). برای این منظور هدف از بریلیوم 9 با ذرات آلفا پر انرژی از رادیوایزوتوپ‌ها مانند پلینیوم 210، رادیوم 226، پلوتونیم 238 یا آمیریوم 241 بمباران شده‌است. در واکنش هسته ای که اتفاق می افتد، یک هسته بریلیوم به کربن 12 تبدیل می‌شود و یک نوترون آزاد آزاد می‌شود، در حال حرکت در حدود همان مسیری است که ذرات آلفا در آن قرار دارند. منابع نوترونی مانند بریلیوم، که به نام "urchin" نامگذاری شده اند، در برخی از بمب‌های اولیه اتمی مورد استفاده قرار می‌گیرند. منابع نوری که در آن بریلیم با اشعه گاما از یک رادیوایزوتوپ فشرده گاما بمباران می‌شود، نیز برای تولید نوترون‌های آزمایشگاهی استفاده می‌شود. بریلیوم نیز در تولید سوخت برای راکتورهای CANDU استفاده می‌شود. عناصر سوخت دارای ضایعات کوچکی هستند که مقاومت آن‌ها به روکش‌های سوختی با استفاده از یک فرآیند لحیم کاری القاکننده با Be به عنوان ماده پرکننده پرکننده ای است. پدهای باربری در جای خود قرار می‌گیرند تا از بسته‌بندی سوخت برای تماس با فشار لوله‌ها جلوگیری شود، و پدهای spacer spacer برای جلوگیری از نفوذ عنصر به عنصر تماس می‌گیرند. بریلیم نیز در آزمایشگاه تحقیق هسته ای فیوژن مشترک اروپا Torus مورد استفاده قرار می‌گیرد و در پیشرفته تر ITER برای اجزای تشکیل دهنده با پلاسما مواجه خواهد شد. بریلیم به عنوان ترکیبی خوب از خواص مکانیکی، شیمیایی و هسته ای به عنوان یک ماده روکش برای میله‌های هسته ای پیشنهاد شده‌است. فلوراید بریلی یکی از ترکیبات نمک مخلوط نمک یوتکتیک FLiBe است که به عنوان یک حلال، تعدیل‌کننده و خنک‌کننده در بسیاری از طرح‌های رآکتور نمک مذاب، از جمله راکتور مایع فلوراید تریوم (LFTR) استفاده می‌شود.

فرآیند تولیدومحصولات بریلیمویرایش

بریلیم انواع مختلفی از جمله فناسیت‌ها، کریزوبریل‌ها، برتراندیت‌ها و بریل‌ها را شامل می‌شود. فرآیندهای تولید بریلیم را می‌توان به هیدرومتالوژی و پیرومتالوژی تقسیم کرد. پیوندهای مابین اتم‌های بریلیم که آن را به متریالی سخت تبدیل کرده‌است را با روش‌هایی از جمله ذوب و سینت می‌شکنند و با یک شوک حرارتی قوی جداسازی را در فرآیند ذوب انجام می‌دهند. استخراج بریلیم از ترکیبات آن یک روند دشوار است به دلیل وابستگی بالا به اکسیژن در دمای بالا و توانایی آن برای کاهش آب پس از حذف فیلم اکسید آن است. ایالات متحده، چین و قزاقستان تنها سه کشور درگیر در استخراج صنعتی بریلیم هستند. فن آوری تولید بریلیوم در مراحل اولیه توسعه در روسیه پس از یک وقفه 20 ساله است. بریلیوم بیشتر از بریل معدنی استخراج می‌شود که یا با استفاده از یک عامل استخراج یا به مخلوط محلول ذوب می‌شود. فرایند پخت و پز شامل مخلوط کردن بریل با سدیم فلوروسایلیکات و سودا در دمای 770 درجه سانتی گراد (1،420 درجه فارنهایت) برای تشکیل فلورایبریلد سدیم، اکسید آلومینیوم و دی اکسید سیلیکون است. هیدروکسید بریلیلی از محلول سدیم فلورایبریلات و هیدروکسید سدیم در آب رسوب می‌شود. استخراج بریلیم با استفاده از روش ذوب شامل بریلی را به یک پودر تبدیل می‌کند و آن را به دمای 1،650 درجه سانتی گراد (3000 درجه فارنهایت) می‌کشد. ذوب به سرعت با آب سرد می‌شود و سپس 250 تا 300 درجه سانتیگراد (482 تا 572 درجه فارنهایت) را در اسید سولفوریک غلیظ باز می‌کند، که عمدتا سولفات بریلیم و سولفات آلومینیوم را تولید می‌کند. سپس آمونیاک آبی برای حذف آلومینیم و گوگرد استفاده می‌شود و هیدروکسید بریلیوم را ترک می‌کند.

هیدروکسید بریلیلی که با استفاده از روش آلیاژ و یا ذوب تولید می‌شود، سپس به فلوراید بریلیم یا کلرید بریلیم تبدیل می‌شود. برای تشکیل فلوراید، فلوراید هیدروکسید آمونیوم آبی به هیدروکسید بریلیوم اضافه می‌شود تا یک رسوب آمونیوم تترافلوبربریلات تولید شود که تا 1،000 درجه سانتیگراد (1،830 درجه فارنهایت) برای تشکیل فلوراید بریلیوم گرم می‌شود. حرارت دادن فلوراید به 900 درجه سانتی گراد (1،650 درجه فارنهایت) با منیزیم به شکل برلیلی تقسیم شده و گرمایش اضافی به 1300 درجه سانتی گراد (2،370 درجه فارنهایت) فلزی جامد را ایجاد می‌کند. گرمایش هیدروکسید بریلیم اکسید را تشکیل می‌دهد که در هنگام ترکیب با کربن و کلر باعث بریلیم کلرید می‌شود. سپس الکترولیز ریخته‌گری بریلیم کلرید برای به دست آوردن فلز استفاده می‌شود.

آلیاژهای بریلیمویرایش

به‌طور کلی آلیاژهایی که در داخل بریلیم پخش شده اند، آلیاژهای دوگانه و محلول جامد سه نوع آلیاژ بریلیم هستند که در آلیاژهای نخست یک زمینه بریلیمی داشته و عناصر آلیاژی که سخت هستند را به آن اضافه می‌کنند که آلیاژ ما را ترد میکنند و در دماهای بالا اجازه رشد دانه را نمی‌دهد که برای ما مفید است چون تغییر شکل پلاستیک مورد انتظار نیست. آلیاژهای دوگانه که می‌توان از آلیاژ بریلیم-آلومینیم نام برد که توسط شرکتی به نام Lockalloy با 62 درصد بریلیم و 38 درصد آلومینیوم ساخته شده‌است که به صورت ورق و در دمای اتاق 324 تنش تسلیم و 344 تنش نهایی آن است و در ریزساختار آن یکسری فازها با یکسرس فازهای دیگر احاطه شده‌اند و ذرات سخت روی زمینه نرم قرار گرفته‌اند و دانه‌ها به صورت کشیده می‌باشند. همچنین به عنوان رسوب سخت به آلیاژهای مس و نیکل اضافه می‌شود و در آلومینیم روی سطح یک لایه اکسیدی قوی ایجاد می‌کند و اجازه اکسید شدن به باقی‌مانده آلیاژ را نمی‌دهد. از آلیاژ مس-بریلیم در ابزارآلاتی از جمله آچار، لوله گیر استفاده می‌شود همچنین در کانکتور موبایل و جوش نقطه ای و ساعت‌های سوئیسی به دلایل استحکام بالا، ضدمغناطیس و مقاوم در برابر خزش استفاده می‌شود.

شکلهای قابل دسترسویرایش

سنگ معدن، ورقه، لوله، میله، سیم، گرد، پرس گرم، پرس سرد و قطعه‌ها


ماشین کاری بریلیمویرایش

بریلیم از نظر ماشین کاری در دسته خوش تراش قرار می‌گیرد و براده‌های پیوسته ای ندارد ولی اگر براده همراه اکسید و بخار تولید شده باشد به شدت سمی و سرطان زا می‌باشد و احتمال ایجاد ترک و پوسته پوسته شدن از معایب ماشین کاری آن است چون تغییر شکل پلاستیک رخ نمی‌دهد. در فرآیند سوراخکاری بریلیم چون احتمال ترک وجود دارد فواصل آخر سوراخ را با مواد اسیدی از بین می‌برند.

بروز بیماریویرایش

بریلیم یک مسئله سلامت و ایمنی برای کارگران است. قرار گرفتن در معرض بریلیم در محل کار می‌تواند به پاسخ ایمنی حساسیت منجر شود و در طول زمان بیماری بریلیم مزمن (CBD) ایجاد کند. مؤسسه ملی ایمنی و بهداشت شغلی (NIOSH) در ایالات متحده این اثرات را با همکاری تولیدکننده اصلی محصولات بریلیوم بررسی می‌کند. هدف این تحقیق جلوگیری از حساسیت و CBD با درک بهتر فرآیندهای کاری و مواجهه‌هایی است که ممکن است خطر بالقوه برای کارگران را ایجاد کند و همچنین مداخلات مؤثر را که موجب کاهش خطر ابتلا به عوارض نامطلوب سلامتی می‌شود، ایجاد کند. NIOSH همچنین تحقیق ژنتیکی در مورد حساسیت و CBD انجام می‌دهد، مستقل از این همکاری. دستورالعمل NIOSH از روش‌های تحلیلی حاوی روش‌های اندازه‌گیری مواجهه شغلی با بریلیم است.

علایم ابتلا به بیماریویرایش

زردی پوست، اسهال، بی قراری، سوزش مجاری تنفسی، سرفه‌های شدید

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  • Emsley, John (2001). Nature's Building Blocks: An A–Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-850340-8.
  • Mackay, Kenneth Malcolm; Mackay, Rosemary Ann; Henderson, W. (2002). Introduction to modern inorganic chemistry (6th ed.). CRC Press. ISBN 978-0-7487-6420-4.
  • Weeks, Mary Elvira; Leichester, Henry M. (1968). Discovery of the Elements. Easton, PA: Journal of Chemical Education. LCCCN 68-15217.
  • Haynes, William M., ed. (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (92nd ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. p. 14.48. ISBN 1439855110.
  • Puchta, Ralph (2011). "A brighter beryllium". Nature Chemistry. 3 (5): 416. Bibcode:2011NatCh...3..416P. doi:10.1038/nchem.1033. PMID 21505503
  • Hausner, Henry H. (1965). "Nuclear Properties". Beryllium its Metallurgy and Properties. University of California Press. p. 239
  • Walsh, Kenneth A (2009). "Sources of Beryllium". Beryllium chemistry and processing. pp. 20–26. ISBN 978-0-87170-721-5.
  • "Sources of Beryllium". Materion Corporation. Retrieved 23 December 2016
  • Coates, G. E.; Francis, B. R. (1971). "Preparation of base-free beryllium alkyls from trialkylboranes. Dineopentylberyllium, bis(trimethylsilylmethyl)beryllium, and an ethylberyllium hydride". Journal of the Chemical Society A: Inorganic, Physical, Theoretical: 1308
  • Newman LS (2003). "Beryllium". Chemical & Engineering News. 36 (36): 38
  • "Beryllium related details from NASA". NASA. Archived from the original on 29 May 2008. Retrieved 18 September 2008.
  • "Defence forces face rare toxic metal exposure risk". The Sydney Morning Herald. 1 February 2005. Retrieved 8 August 2009
  • Petti, D.; Smolik, G.; Simpson, M.; Sharpe, J.; Anderl, R.; Fukada, S.; Hatano, Y.; Hara, M.; et al. (2006). "JUPITER-II molten salt Flibe research: An update on tritium, mobilization
  • Clark, R. E. H.; Reiter, D. (2005). Nuclear fusion research. Springer. p. 15. ISBN 978-3-540-23038-0.
  • Byrne, J. Neutrons, Nuclei, and Matter, Dover Publications, Mineola, NY, 2011, ISBN 0486482383, pp. 32–33.
  • Storer, Frank Humphreys (1864). First Outlines of a Dictionary of Solubilities of Chemical Substances. Cambridge. pp. 278–80. ISBN 978-1-176-62256-2.
  • Bell, N. A. (1972). "Beryllium halide and pseudohalides". In Emeléus, Harry Julius; Sharpe, A. G. (eds.). Advances in inorganic chemistry and radiochemistry. 14. New York: Academic Press. pp. 256–277. ISBN 978-0-12-023614-5.
  • Coates, G. E.; Francis, B. R. (1971). "Preparation of base-free beryllium alkyls from trialkylboranes. Dineopentylberyllium, bis(trimethylsilylmethyl)beryllium, and an ethylberyllium hydride". Journal of the Chemical Society A: Inorganic, Physical, Theoretical: 1308. doi:10.1039/J19710001308.
  • Wong, C. H.; Lee, T. Y.; Chao, K. J.; Lee, S. (1972). "Crystal structure of bis(cyclopentadienyl)beryllium at −120 °C". Acta Crystallographica Section B. 28 (6): 1662. doi:10.1107/S0567740872004820.
  • A.Sadegi,light alloys,dept of Mech.University of Tehran

پانویسویرایش

  1. "بریلیم: Beryllium(I) Hydride compound data" Check |url= value (help) (PDF). برنath.uwaterloo.ca. Retrieved 2007-12-10.
  2. "Published by J. C. Slater in 1964".
  3. "Calculated data".
  4. sound