Beryli

Beryli, berili hay thường được gọi ngắn là beri là một nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn có ký hiệu Be và số nguyên tử bằng 4, nguyên tử khối bằng 9. Là một nguyên tố hóa trị hai có độc tính, beryli có màu xám như thép, cứng, nhẹ và giòn, và là kim loại kiềm thổ, được sử dụng chủ yếu như chất làm cứng trong các hợp kim.

Beryli, 4Be
Tính chất chung
Tên, ký hiệu	Beryli, Be
Phiên âm	/bəˈrɪliəm/ (bə-RIL-ee-əm)
Hình dạng	Ánh kim trắng xám
Beryli trong bảng tuần hoàn
- ↑ Be ↓ Mg Lithi ← Beryli → Bor
Số nguyên tử (Z)	4
Khối lượng nguyên tử chuẩn (±) (Ar)	9.012182(3)
Phân loại	kim loại kiềm thổ
Nhóm, phân lớp	2, s
Chu kỳ	Chu kỳ 2
Cấu hình electron	1s2 2s2
mỗi lớp	2, 2
Tính chất vật lý
Màu sắc	Ánh kim trắng xám
Trạng thái vật chất	Chất rắn
Nhiệt độ nóng chảy	1560 K ​(1287 °C, ​2349 °F)
Nhiệt độ sôi	2742 K ​(2469 °C, ​4476 °F)
Mật độ	1,85 g·cm−3 (ở 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng	ở nhiệt độ nóng chảy: 1,690 g·cm−3
Nhiệt lượng nóng chảy	12,2 kJ·mol−1
Nhiệt bay hơi	297 kJ·mol−1
Nhiệt dung	16.443 J·mol−1·K−1
Áp suất hơi P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k ở T (K) 1462 1608 1791 2023 2327 2742
Tính chất nguyên tử
Trạng thái oxy hóa	2, 1[1] ​Oxide lưỡng tính
Độ âm điện	1,57 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa	Thứ nhất: 899,5 kJ·mol−1 Thứ hai: 1757,1 kJ·mol−1 Thứ ba: 14848,7 kJ·mol−1
Bán kính cộng hoá trị	thực nghiệm: 112 pm
Bán kính liên kết cộng hóa trị	96±3 pm
Bán kính van der Waals	153 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể	​Lục phương
Vận tốc âm thanh	que mỏng: 12870[2] m·s−1 (ở r.t.)
Độ giãn nở nhiệt	11,3 µm·m−1·K−1 (ở 25 °C)
Độ dẫn nhiệt	200 W·m−1·K−1
Điện trở suất	ở 20 °C: 36 n Ω·m
Tính chất từ	Nghịch từ
Mô đun Young	287 GPa
Mô đun cắt	132 GPa
Mô đun khối	130 GPa
Hệ số Poisson	0,032
Độ cứng theo thang Mohs	5,5
Độ cứng theo thang Vickers	1670 MPa
Độ cứng theo thang Brinell	600 MPa
Số đăng ký CAS	7440-41-7
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Beryli
Iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP 7Be Tổng hợp 53.12 ngày ε 0.862 7Li γ 0.477 - 8Be 0%(tuyệt chủng) 7×10-17s α 4He 9Be 100% 9Be ổn định với 5 neutron 10Be Vết 1.36×106 năm β- 0.556 10B

Các đặc trưng nổi bật

Beryli là một trong số các kim loại nhẹ có điểm nóng chảy là 1.287 °C. Suất đàn hồi của beryli là lớn hơn của thép khoảng 33%. Nó có độ dẫn nhiệt tốt, không nhiễm từ và kháng lại sự tấn công của acid nitric đậm đặc. Nó cho tia X đi qua, và các neutron được giải phóng khi nó bị bắn phá bằng các hạt alpha từ các nguồn phóng xạ như radi hay poloni (khoảng 30 neutron/triệu hạt alpha). Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn beryli kháng lại sự oxy hóa khi bị phơi ra trước không khí (mặc dù khả năng cào xước mặt kính của nó có được có lẽ là do sự tạo thành một lớp mỏng oxide).

Ứng dụng

• Beryli được sử dụng như là chất tạo hợp kim trong sản xuất beryli đồng. (Be có khả năng hấp thụ một lượng nhiệt lớn) Các hợp kim beryli-đồng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng do độ dẫn điện và độ dẫn nhiệt cao, sức bền và độ cứng cao, các thuộc tính không nhiễm từ, cùng với sự chống ăn mòn và khả năng chống mỏi tốt của chúng. Các ứng dụng bao gồm việc sản xuất các điện cực hàn điểm, lò xo, các thiết bị không đánh lửa và các tiếp điểm điện.
• Do độ cứng, nhẹ và độ ổn định về kích thước trên một khoảng rộng nhiệt độ nên các hợp kim beryli-đồng được sử dụng trong công nghiệp quốc phòng và hàng không vũ trụ như là vật liệu cấu trúc nhẹ trong các thiết bị bay cao tốc độ, tên lửa, tàu vũ trụ và vệ tinh liên lạc viễn thông.
• Các tấm mỏng beryli được sử dụng với các thiết bị phát hiện tia X để lọc bỏ ánh sáng và chỉ cho tia X đi qua để được phát hiện.
• Trong lĩnh vực in thạch bản tia X thì beryli được dùng để tái tạo các mạch tích hợp siêu nhỏ.
• Do độ hấp thụ neutron nhiệt trên thiết diện vuông của nó thấp nên công nghiệp sản xuất năng lượng hạt nhân sử dụng kim loại này trong các lò phản ứng hạt nhân như là thiết bị phản xạ và điều tiết neutron.
• Beryli được sử dụng trong các vũ khí hạt nhân vì lý do tương tự. Ví dụ, khối lượng tới hạn của khối plutoni được giảm đi đáng kể nếu nó được bao bọc trong vỏ beryli.
• Beryli đôi khi được sử dụng trong các nguồn neutron, trong đó beryli được trộn lẫn với các chất bức xạ alpha như Po²¹⁰, Ra²²⁶ hay Ac²²⁷.
• Beryli cũng được dùng trong sản xuất các con quay hồi chuyển, các thiết bị máy tính khác nhau, lò xo đồng hồ và các thiết bị trong đó cần độ nhẹ, độ cứng và độ ổn định kích thước.
• Beryli oxide là có lợi trong nhiều ứng dụng cần độ dẫn nhiệt tốt cùng độ bền và độ cứng cao, với điểm nóng chảy cao, đồng thời lại có tác dụng như là một chất cách điện.
• Các hợp chất beryli đã từng được sử dụng trong các ống đèn huỳnh quang, nhưng việc sử dụng này đã bị dừng lại do bệnh phổi do nhiễm beryli trong số các công nhân sản xuất các ống này (xem dưới đây).
• Kính thiên văn vũ trụ James Webb (JWST) (Các chi tiết liên quan đến beryli có từ NASA ở đây) Lưu trữ 2006-01-06 tại Wayback Machine sẽ có 18 phần lục giác làm từ beryli trong các gương của nó. Do JWST sẽ tiếp xúc với nhiệt độ -240 °C (30 K) nên các gương phải làm bằng beryli là vật liệu có khả năng chịu được nhiệt độ rất thấp này. Beryli co lại và biến dạng ít hơn thủy tinh – và vì thế giữ được tính đồng nhất cao hơn trong các nhiệt độ như thế.

Lịch sử

Tên gọi beryli có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp beryllos tức berylin. Đã có thời beryli được nhắc đến như là glucinium (từ tiếng Hy Lạp glykys, ngọt), do vị ngọt của các muối của nó. Nguyên tố này được Louis Vauquelin phát hiện năm 1798 như là oxide trong berylin và trong ngọc lục bảo. Friedrich Wöhler và Antoine Alexandre Brutus Bussy, độc lập với nhau, đã cô lập được kim loại này năm 1828 bằng cách cho kali phản ứng với chloride beryli.

Sự phổ biến

Beryli là thành phần thiết yếu trong số 100 trên khoảng 4000 khoáng chất đã biết, quan trọng nhất trong số đó là bertrandit (Be₄Si₂O₇(OH)₂), berylin (Al₂Be₃Si₆O₁₈), chrysoberylin (Al₂BeO₄) và phenakit (Be₂SiO₄). Các dạng quý hiếm của berylin là ngọc aquamarin và ngọc lục bảo. Cùng với hiđrô, heli và lithi, một lượng nhỏ beryli cũng đã được tạo ra trong Vụ Nổ Lớn.

Nguồn thương mại quan trọng nhất của beryli và các hợp chất của nó là berylin và bertrandit. Beryli kim loại đã không có sẵn cho đến tận năm 1957. Hiện nay, phần lớn sản lượng của kim loại này được thực hiện bằng cách khử fluoride beryli bằng magnesi kim loại. Giá của các thỏi beryli luyện trong chân không tại thị trường Hoa Kỳ là 338 USD trên một pound (hay 745 USD/kg) vào năm 2001. xem giá cả

Cô lập

BeF₂ + Mg → MgF₂ + Be

Đồng vị

Biểu đồ chỉ ra các thay đổi trong hoạt động của Mặt Trời, bao gồm cả biến đổi trong nồng độ Be¹⁰

Trong số 10 đồng vị của beryli thì chỉ có ⁹Be là ổn định.¹⁰Be nguồn gốc vũ trụ được tạo ra trong khí quyển Trái Đất nhờ sự phá vỡ hạt nhân oxy và nitơ bởi các tia vũ trụ. Do beryli có xu hướng tồn tại trong dung dịch có pH nhỏ hơn 5,5 (và phần lớn nước mưa có pH nhỏ hơn 5), nó sẽ đi vào trong dung dịch và được đưa tới mặt đất nhờ các trận mưa. Khi nước mưa trở nên kiềm hơn, Beryli sẽ thoát ra khỏi dung dịch.¹⁰Be nguồn gốc vũ trụ vì thế tích lũy trong lớp đất bề mặt, ở đây do chu kỳ bán rã tương đối lớn của nó (1,51 triệu năm) cho phép nó tồn tại lâu dài trước khi bị phân rã thành ¹⁰B.¹⁰Be và các sản phẩm con của nó được sử dụng để nghiên cứu xói mòn đất, sự hình thành đất từ regolit, sự phát triển và tiến hóa của các loại đất laterit, cũng như các thay đổi trong hoạt động của Mặt Trời và niên đại của các lõi băng.

Một thực tế là ⁷Be và ⁸Be không ổn định có ý nghĩa vũ trụ học sâu sắc do nó có nghĩa là các nguyên tố nặng hơn beryli không thể sinh ra trong các phản ứng nhiệt hạch trong Vụ Nổ Lớn. Ngoài ra, các mức năng lượng hạt nhân của ⁸Be là đủ để carbon có thể được tạo ra trong các ngôi sao, vì thế làm cho sự sống trở thành có thể. (Xem Phương thức ba alpha và Tổng hợp hạt nhân trong Vụ Nổ Lớn).

Đồng vị có thời gian tồn tại ngắn nhất đã biết của beryli là ¹³Be nó phân rã theo bức xạ neutron. Nó có chu kỳ bán rã 2,7 × 10⁻²¹ giây.⁶Be cũng có thời gian tồn tại rất ngắn với chu kỳ bán rã 5,0 × 10⁻²¹ giây.

Phòng ngừa

Quặng beryli

Beryli và các muối của nó là các chất có độc tính và có khả năng gây ung thư. Sự phơi nhiễm beryli kinh niên sẽ sinh ra các bệnh phổi và các bệnh u hạt trong cơ thể. Bệnh liên quan đến phơi nhiễm beryli cấp tính là viêm phổi do hóa chất đã được phát hiện lần đầu tiên ở châu Âu từ năm 1933 và tại Hoa Kỳ từ năm 1943. Các trường hợp bệnh liên quan đến phơi nhiễm kinh niên đã lần đầu tiên được miêu tả năm 1946 trong số các công nhân tại xí nghiệp sản xuất đèn huỳnh quang tại Massachusetts. Bệnh phổi do phơi nhiễm beryli kinh niên tương tự như sarcoidosis trong nhiều khía cạnh, và các chẩn đoán thường là rất khó phân biệt.

Mặc dù việc sử dụng các hợp chất chứa beryli trong các ống đèn huỳnh quang đã bị dừng lại từ năm 1949, nhưng tiềm năng phơi nhiễm beryli vẫn tồn tại trong công nghiệp hạt nhân và vũ trụ và trong công nghiệp tinh luyện beryli kim loại và sản xuất các hợp kim chứa beryli, sản xuất các thiết bị điện và việc tiếp xúc với các vật liệu chứa beryli khác.

Các nhà nghiên cứu đầu tiên đã nếm beryli và nhiều hợp chất khác nhau của nó để xác định độ ngọt nhằm kiểm tra sự hiện diện của nó. Các thiết bị chẩn đoán hiện đại không cần phải có thủ tục đầy nguy hiểm này. Beryli và các hợp chất của nó cần được tiếp xúc với một sự cẩn thận cao độ và các phòng ngừa đặc biệt phải được thực thi khi thực hiện bất kỳ một hoạt động nào mà kết quả là tạo ra bụi beryli (ung thư phổi là hoàn toàn có khả năng khi bị phơi nhiễm bụi beryli lâu dài).

Các tác động tới sức khỏe

Beryli có thể có tác hại nếu hít thở phải. Các tác động phụ thuộc vào thời gian phơi nhiễm. Nếu nồng độ beryli trong không khí là đủ cao (lớn hơn 1.000 μg/m³), thì các chứng bệnh do phơi nhiễm cấp tính có thể phát sinh, gọi là "bệnh beryli cấp tính", tương tự như bệnh viêm phổi. Các tiêu chuẩn về không khí nghề nghiệp và cộng đồng là có hiệu quả trong việc ngăn chặn phần lớn các thương tổn phổi cấp tính.

Một số người (1-15%) rất nhạy cảm với beryli. Các cá nhân này có thể phát sinh các phản ứng viêm nhiễm trong hệ hô hấp. Các chứng bệnh này gọi là "bệnh beryli kinh niên" (CBD), và có thể xảy ra nhiều năm sau khi phơi nhiễm beryli nồng độ cao (lớn hơn 0,2 μg/m³). Bệnh này có thể sinh ra các triệu chứng như mệt mỏi, suy yếu, khó thở, biếng ăn, giảm cân và cũng có thể dẫn đến chứng to tim vè bên phải và bệnh tim trong các trường hợp nặng. Một số người tuy nhạy cảm với beryli nhưng có thể không có bất kỳ triệu chứng nào. Trong cộng đồng nói chung không có khả năng phát sinh các bệnh beryli cấp tính hay kinh niên do thông thường không khí xung quanh có nồng độ beryli rất thấp (0,00003-0,0002 μg/m&³).

Việc nuốt phải beryli vẫn chưa có thông báo nào cho thấy có các tác động xấu tới sức khỏe con người do có rất ít beryli được hấp thụ thông qua dạ dày và ruột non. Các vết loét được phát hiện trong cơ thể chó khi trong khẩu phần ăn người ta cho thêm beryli vào. Beryli tiếp xúc với da bị xước hay bị rách có thể sinh ra các vết phát ban hay vết loét.

Phơi nhiễm beryli kinh niên có thể tăng khả năng ung thư phổi.

Bộ y tế Hoa Kỳ và IARC đã xác định rằng beryli là chất gây ung thư ở người. Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA) Hoa Kỳ cũng xác định beryli là chất có khả năng gây ung thư ở người. EPA cũng ước tính sự phơi nhiễm trong thời gian sống 0,04 μg/m³ beryli có thể tăng khả năng bị ung thư trong 1 trên 1.000 thử nghiệm.

Hiện vẫn chưa có nghiên cứu nào về các tác động của beryli tới sức khỏe của trẻ em. Có lẽ các tác động này cũng tương tự như ở người lớn. Cũng chưa rõ là trẻ em sẽ khác với người lớn như thế nào trong tính nhạy cảm với beryli.

Hiện vẫn chưa rõ ràng là beryli có khả năng sinh ra quái thai ở người hay không.

Beryli có thể được đo trong nước tiểu và máu. Lượng beryli trong máu hay nước tiểu có thể không phản ánh đúng thời gian và số lượng phơi nhiễm. Nồng độ beryli cũng có thể đo trong các mẫu thử phổi và da.

Một thử nghiệm máu khác là thử nghiệm sự gia tăng lympho beryli trong máu (BeLPT), xác định sự nhạy cảm beryli và có giá trị dự báo cho các bệnh phơi nhiễm beryli kinh niên (CBD).

Các mức thông thường của beryli mà các ngành công nghiệp liên quan thải ra khí quyển ở ngưỡng 0,01 μg/m³;, tính trung bình trong chu kỳ 30 ngày, hay 2 μg/m³ đối với không khí trong phòng làm việc trong thời gian 8 giờ làm việc.

Tham khảo

• Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos, Hoa Kỳ-Berili Lưu trữ 2004-08-08 tại Wayback Machine

Chú thích

1. “Beryllium: Beryllium(I) Hydride compound data” (PDF). bernath.uwaterloo.ca. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 2 tháng 12 năm 2007. Truy cập ngày 10 tháng 12 năm 2007.
2. Lide, D. R. biên tập (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản thứ 86). Boca Raton (FL): CRC Press. tr. 14-39. ISBN 0-8493-0486-5.

Liên kết ngoài

• Hóa điện toán Wiki Lưu trữ 2006-06-29 tại Wayback Machine
• It's Elemental – Berili
• IARC Chuyên khảo "Berili và các hợp chất của berili" Lưu trữ 2005-10-15 tại Wayback Machine
• NPI - Berili và các hợp chất Lưu trữ 2005-12-14 tại Wayback Machine
• WebElements.com – Berili