بریلیم: تفاوت میان نسخه‌ها

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،نیکلکبالت، 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 می‌شودومی‌شود 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.

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.

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.

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.

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.

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.