铍 · 茶年 · 中文维基百科

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'（；舊譯鋍、鑉、鋊），是一種化學元素，化學符號为'，原子序數为4，原子量為，屬於鹼土金屬。鈹通常在宇宙射线散裂過程中產生，是宇宙中較為稀有的元素之一。所有自然界中的鈹都與其他元素結合，形成礦物，如綠柱石（海藍寶石、祖母綠）和金綠寶石等。單質鈹呈鋼灰色，輕、硬而易碎。

在鋁、銅、鐵和鎳中加入鈹作為合金材料，可以加強其物理性質。

物理性質
鈹是一種呈鋼灰色的堅硬金屬，在室溫下易碎，晶體呈六方密排結構。其剛性極高（楊氏模量為287GPa），熔點也很高。鈹的彈性模量大約比鋼鐵高50%，又因密度較低，所以它的音速特別高，在標準溫度和壓力下約為12.9 km/s。由於熱容量（1925 J·kg−1·K−1）和熱導率（216 W·m−1·K−1）都很高，因此鈹是每單位重量散熱性最佳的金屬材料。其線性熱膨脹率（11.4×10−6 K−1）較低，在熱負荷條件下有著特殊的穩定性。

核物理性質
除微量由宇宙射線所致的放射性同位素以外，天然鈹幾乎完全由核自旋為\frac{3}{2}的鈹-9同位素組成。鈹的高能中子截面較大，對能量高於10keV的中子截面約為6靶恩。因此，它是一種中子反射體和中子減速劑，能使中子熱能降至0.03eV以下。鈹對這些低能中子的截面比高能中子低至少一個數量級，其確切截面值取決於材料雛晶的純度和大小。

9Be同位素還會進行中子能量高於1.9MeV的(n,2n)中子反應，產生^8Be，後者立刻又分裂成兩個α粒子。所以對於高能中子來說，鈹是一種中子倍增劑，即它釋放的中子多於吸收的中子。核反應式如下：

^9_4Be原子核在吸收低能中子後，會釋放少量的氚。反應共有三步驟：
:^9_4Be + n -> ^4_2He + ^6_2He
:^6_2He -> ^6_3Li +\beta^-
:^6_3Li + n -> ^4_2He + ^3_1H

其中^6_2He的半衰期只有0.8秒，\beta^-是電子，^6_3Li的高能中子截面較高。氚是核反應廢料中受關注的放射性同位素之一。

大部份波長的X射線和γ射線都可以穿透鈹金屬，所以鈹可以做X射線管等器材的窗口材料原始鈹只由^9Be這一種穩定同位素組成，所以鈹屬於單一同位素元素。

數目，藍線為10Be濃度。注意鈹密度軸上下顛倒，標線越高，則10Be量越低]]
地球大氣層中的氧受宇宙射線散裂，會產生放射性^10Be。^10Be在土壤表面積累，並存留一段較長的時間（半衰期為136萬年），再衰變成硼-10。因此^10Be及其衰變產物可用於檢測自然水土流失、成土作用和紅土的形成，以及間接測量太陽週期和冰芯的年齡。^10Be的生成率與太陽活動成反比，因為太陽活動越高，太陽風就越強，能夠抵達地球的宇宙射線通量也就越低。核爆時，快中子和空氣中二氧化碳的^13C反應，也會形成^10Be。利用這一現象，可以推測一個地點是否進行過核試驗。半衰期為53天的^7Be同位素也是由宇宙射線產生的，其在大氣中的含量同^10Be一樣和太陽黑子數目有關聯核合成階段沒有足夠的時間把4He原子核融合在一起，^8Be的濃度又太低，所以無法形成碳。英國天文學家弗雷德·霍伊爾首次表明，在以氦為燃料的恒星內部，時間充裕，^8Be和^12C也有足夠的能量觸發3氦過程來產生碳。恒星所製造的碳和眾多元素一樣，經漸近巨星分支恒星和超新星噴射出來，最終成為地球以及碳生命的組成元素。

鈹原子的內層電子可以參與化學成鍵。當^7Be經電子捕獲衰變時，其原子核會拿去內層電子。因此鈹的電子排布能夠影響其衰變率，程度可觀，這在各種核素的核衰變中屬於較為罕見的現象。

^13Be會經中子發射衰變，其半衰期為2.7\times 10^{-21}s，是所有已知鈹同位素中最短的。^6Be半衰期亦很短，只有5.0\times 10^{-21}s。特殊同位素^11Be和^14Be原子核帶有核暈，即分別有1個和4個中子在古典費米水滴核模型的外圍較遠處運轉。

化學性質
鈹較低的原子半徑和離子半徑決定了它的化學性質。其電離能非常高，與其他原子鍵合時有很強的極化性，所以所有鈹化合物都屬於共價化合物。燃燒中的鈹會產生明亮的光芒，並形成氧化鈹和氮化鈹。根據八隅體規則，原子會儘量達到8價狀態，使電子排布接近稀有氣體元素。鈹在形成兩個共價鍵後會有4個價電子，即八隅體的一半，所以鈹的配位數為4。由於氟化鈹具有部份共價鍵性質，所以它在水溶和熔融狀態下的電導率比假設它為完全離子化合物所得數值低得多。

氧化鈹（BeO）是一種白色耐火材料，晶體結構和硫化鋅相同，熱導率和某些金屬一樣高，屬於兩性化合物。Be(OH)2經酸處理後，可製備各種鈹鹽。在地球地殼中的濃度約為百萬分之2至6，其中土壤的鈹濃度最高，約為百萬分之6。鈹在海水中的濃度為萬億分之0.2至0.6，在湖泊中為萬億分之1.1，在泉水等流動水源中則可高達十億分之0.1。地球大氣中也有痕量的鈹。

含有鈹的礦物有上百種，但都並不常見。這些礦物有：羥矽鈹石（Be4Si2O7(OH)2）、綠柱石（Al2Be3Si6O18）、金綠寶石（Al2BeO4）、矽鈹石（Be2SiO4）等等。較珍貴的綠柱石種類包括海藍寶石、紅綠柱石和祖母綠。綠柱石寶石呈綠色，是因為其中含有少量的鉻。不同品種綠柱石的鉻含量各異，在祖母綠中大約為2%。綠柱石和羥矽鈹石是鈹的主要礦石，分佈於阿根廷、巴西、印度、馬達加斯加及美國。全球鈹礦藏在40萬噸以上。

歷史
綠柱石是一種含鈹的礦物，至少從埃及托勒密王朝就開始被人使用。公元1世紀，羅馬博物學家老普林尼在其所著的百科全書《博物志》中提到綠柱石和祖母綠有相似之處。3至4世紀寫成的《斯德哥爾摩紙莎草書》記載了這兩種礦物的人工製造配方。

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馬丁·克拉普羅特、托爾貝恩·貝里曼、和約翰·雅各布·賓特海姆賓德海姆（Johann Jakob Bindheim）最早研究綠柱石和祖母綠時，總是取得相似的元素，所以誤認為礦石都是矽酸鋁組成的。礦物學家勒內·茹斯特·阿羽依發現這兩種晶石有相同的幾何形狀，並請化學家路易-尼古拉·沃克蘭做一次化學分析。

1798年，沃克蘭在一份向法蘭西學會發表的論文中稱，他把綠柱石和祖母綠中的氫氧化鋁溶解於鹼中後，發現了一種新的「土」。由於這種新物質所形成的鹽有甜味，因此《化學與物理年刊》的編輯為它起名為「Glucine」，源於希臘文γλυχυς（甜）、γλυχύ（甜酒）和γλυχαιτω（加入甜味）。之後大約160年，鈹元素都被稱為「Glucinium」或「Glucinum」，符號為Gl或G，中文譯作鋊或鑉。然而，當時已經有一種名為Glycine的植物，而且氧化釔也同樣會形成有甜味的鹽，所以克拉普羅特認為更應該以綠柱石（Beryl）為這種物質命名為「Beryllina」。弗里德里希·維勒在1828年首次使用元素名稱「Beryllium」。

也獨立分離出鈹元素]]
1828年，弗里德里希·維勒和使鉀金屬和氯化鈹發生反應，各自獨立分離出鈹元素。
:BeCl2 + 2K -> 2KCl + Be

維勒把氯化鈹和鉀交替疊起，並在鉑製坩堝中利用酒精燈進行加熱。以上反應立刻開始進行，坩堝達到白熱溫度。他觀察到，在冷卻和清洗之後所剩餘的灰黑色粉末是由具有金屬光澤的細小粒子組成的。這種利用鉀的製備方法產量較低，無法製成鈹金屬鑄塊。

1898年，對氟化鈹和氟化鈉的混合熔融物直接進行電解，首次分離出高純度鈹樣本（99.5至99.8%純度）。鈹熔點很高，所以同樣的過程在分離鈹的時候比分離鹼金屬所需能耗更高。20世紀初，一些科學家受鋯分離過程的啟發，試圖對碘化鈹進行熱分解來分離出鈹金屬，但最後發現該方法在大規模生產上的經濟效益太低。和於1932年研發出鈹金屬的首個商業化生產過程。他們在氟化鈹中加入鋇，使熔融鈹可以積累在水冷鐵製陰極上。

詹姆斯·查德威克在1932年用α粒子對鈹樣本進行撞擊，從而發現了中子。以此方法為原理的一種放射性同位素中子源，可以每十萬個\alpha粒子產生3個中子。

1957年，純鈹金屬開始有商業規模的生產，但市場需求卻遠比人們想像的低。真空鑄造的鈹金屬塊在2001年於美國的售價為每磅338美元（即每公斤745美元）。1998到2008年間，鈹的全球年產量從343噸降至約200噸，其中176噸（88%）產於美國。

製備
鈹在高溫下對氧有很強的親和力，在去除表面氧化層後則會對水進行還原反應，因此從化合物中萃取出鈹並不容易。只有美國、中國和哈薩克斯坦有大規模的鈹萃取工業。

鈹一般從綠柱石提取，有用萃取劑燒結或熔化成可溶混合物兩種方法。用燒結法，首先綠柱石在770°C與氟矽酸鈉和鹼混合，形成氟鈹酸鈉和二氧化矽。兆電子伏特加速器以及SLAC。鈹的優點有四：密度低，能夠減少撞擊產物在抵達四周的探測器之前的交互作用；剛性高，射束管內可以維持高真空，從而降低各種氣體對實驗的干擾；熱穩定性高，能夠承受絕對零度以上幾度的低溫；具抗磁性，不會干擾用於聚焦和引導粒子束的多極磁系統。

機械
鈹金屬剛性高、密度低，在很大的溫度範圍內都可穩定保持形狀，所以在國防及航空航天工業中可做輕質結構部件材料，用於高速飛機、導彈、航天器和衛星等。一些液體火箭發動機噴嘴以純鈹製成。科學家曾經考慮用鈹金屬粉末作為火箭燃料，但這一計劃從未付諸實行。一些自行車用鈹造車架，價格極其昂貴。1998年至2000年，邁凱輪一級方程式車隊所用的梅賽德斯-賓士引擎活塞由鈹鋁合金製造，但在法拉利車隊抗議之後，國際汽車聯合會決定禁止使用鈹引擎部件。

在銅裡面加入約2.0%的鈹，可形成比銅金屬強六倍的鈹銅合金。鈹合金彈性高、電導率高、熱導率高、強度高、硬度高、無磁性、抗腐蝕性強、抗疲勞性強，因此用途很廣，

由於硬度高、熔點高、散熱性強，所以鈹曾被用在軍用飛機的制動器中。因環保原因，鈹已被其他材料替代。將由18塊六邊形鈹鏡子組成。由於望遠鏡的作業溫度為33 K，鏡子須由比玻璃更能承受極低溫度的鍍金鈹金屬製成。同理，史匹哲太空望遠鏡也帶有鈹金屬鏡子。

磁應用
所用的鈹球體陀螺羅盤]]

鈹基材料不受磁鐵吸引，所以適合用來處理一般使用磁力引線的水雷。核磁共振成像儀會產生巨大的磁場，其結構材料也常會使用鈹。在無線電和雷達方面，鈹製工具可用於調節磁力極強的速調管、磁控管、行波管等產生強微波的發送器組件。

核應用
所使用的燃料棒束。每根長50 cm，直徑10 cm]]
一些核武器設計方案用鈹製薄板或薄片來做氫彈第一級鈈核的最外層材料，用於包裹裂變物質，有助鈈-239內爆和中子反射。鈹在γ衰變同位素的γ射線照射下也可以作為實驗室中子源。

在加拿大重水鈾反應堆（CANDU）中，鈹被用於製造燃料。每根燃料棒束都有經感應釬焊法釬焊到燃料包層上的小附體，所用的釬料就是鈹。軸瓦可避免燃料棒束和壓力管之間接觸，而內部元件間隔墊則避免元件之間接觸。

歐洲聯合環形加速器和國際熱核聚變實驗反應堆都有使用鈹。有科學家提出利用鈹的力學、化學和核性質製造核燃料棒的包殼。

聲學
鈹質量低、剛度高，因此適合做高頻揚聲器驅動器材料。但由於鈹價格昂貴（比鈦高幾倍），塑性時易碎，且具有毒性，所以一般只有高端家居、專業音響和公共廣播才會使用含鈹的高音揚聲器。一些廠商甚至會將不含鈹的揚聲器稱為「鈹揚聲器」。

電子應用
鈹屬於3-5族化合物半導體的P型摻雜物，常用於以分子束磊晶法長成的材料之中，如砷化鎵、砷化鋁鎵和砷化銦鉀等。在表面安裝技術上，橫軋鈹金屬片可以為印刷電路板提供極佳的結構支撐。除此之外，鈹還可以用來製造散熱片。其熱膨脹率須要與礬土和聚酰亞胺玻璃基底相匹配。鈹-氧化鈹金屬基複合材料（E-材料）可用於這些電子應用上，且可以針對各種基底材料來調節其熱膨脹率。熒光燈管曾含有鈹化合物，但這一應用在燈廠工人開始患上铍中毒之後陸續被終止。

安全
人體內有大約35毫克的鈹，不足以造成傷害。鈹的化學性質和鎂相似，所以會在酶中取代鎂，破壞酶的功能。若在短時間內吸入大量或長期吸入少量的鈹粉塵，都會引致肺部和循環系統肉芽腫病，是為鈹中毒。鈹中毒的症狀可能在五年以後才開始出現，對三分之一病人致死，對其餘則致殘。國際癌症研究機構（IARC）將鈹和鈹化合物列為1類致癌物。美國職業安全與健康管理局（OSHA）為鈹設下了暴露限值為：時間加權平均值每30分鐘0.002mg/m3，峰值0.025mg/m3。美國國家職業安全衛生研究所（NIOSH）所建議的暴露限值為0.0005mg/m3。鈹的立即威脅生命健康值（IDLH）為4mg/m3。

歐洲和美國分別在1933年和1943年開始有鈹中毒所造成的化學性肺炎記錄。調查指出，在1949年美國有5%的熒光燈廠工人患有鈹相關的肺病。慢性鈹中毒在很多方面都和結節病相似，鑒別診斷較為困難。一些參與核武器研發的早期工人也因此病逝，如曼哈頓計劃成員。

煤渣可以做研磨劑，用於磨去堅硬表面上的油漆和鐵銹。但煤渣含有鈹，所以鈹會在研磨過程中瀰漫在空氣之中，有吸入攝取的危險。

科學家在早期須辨嘗各種化合物，用味覺判斷鈹的存在，但這種危險性極高的做法已被現代儀器完全淘汰。

國際上已對在空氣中和各種表面上的鈹含量測量法標準達成共識（標準ASTM D7202）。方法先用稀釋氟化氫銨進行溶解，再與硫化羥基苯奎寧結合，最後用熒光檢測法檢測鈹的含量（含量越高則熒光亮度越高）。此方法的靈敏度為工作場所鈹含量建議值的100倍，可在各種表面上探測微量的耐火氧化鈹和矽質鈹（標準ASTM D7458）。

注釋
參考資料
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铍

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