เบริลเลียม (อังกฤษ: Beryllium) เป็นธาตุในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ Be และเลขอะตอม 4 เป็นธาตุไบวาเลนต์ที่มีพิษ น้ำหนักอะตอม 9.0122 amu จุดหลอมเหลว 1287°C จุดเดือด (โดยประมาณ) 2970°C ความหนาแน่น (จากการคำนวณ) 1.85 g/cm3 เลขออกซิเดชันสามัญ + 2 เบริลเลียมเป็นโลหะแอลคาไลน์เอิร์ธ มีสีเทาเหมือนเหล็ก แข็งแรง น้ำหนักเบา แต่เปราะ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวที่ทำให้โลหะผสมแข็งขึ้น (โดยเฉพาะทองแดงเบริลเลียม)
เบริลเลียม | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Pronunciation | /bəˈrɪliəm/ | ||||||||||||||
Appearance | โลหะแข็งสีเทาขาว | ||||||||||||||
Standard atomic weight Ar°(Be) | |||||||||||||||
| |||||||||||||||
เบริลเลียม in the periodic table | |||||||||||||||
| |||||||||||||||
Group | group 2 (alkaline earth metals) | ||||||||||||||
Period | period 2 | ||||||||||||||
Block | s-block | ||||||||||||||
Electron configuration | [He] 2s2 | ||||||||||||||
Electrons per shell | 2, 2 | ||||||||||||||
Physical properties | |||||||||||||||
Phase at STP | ของแข็ง | ||||||||||||||
Melting point | 1560 K (1287 °C, 2349 °F) | ||||||||||||||
Boiling point | 2741 K (2468 °C, 4474 °F) | ||||||||||||||
Density (near r.t.) | 1.85 g/cm3 | ||||||||||||||
when liquid (at m.p.) | 1.690 g/cm3 | ||||||||||||||
Critical point | (extrapolated) 5205 K, MPa | ||||||||||||||
Heat of fusion | 12.2 kJ/mol | ||||||||||||||
Heat of vaporization | 297 kJ/mol | ||||||||||||||
Molar heat capacity | 16.443 J/(mol·K) | ||||||||||||||
Vapor pressure
| |||||||||||||||
Atomic properties | |||||||||||||||
Oxidation states | 0, +1, +2 (an amphoteric oxide) | ||||||||||||||
Electronegativity | Pauling scale: 1.57 | ||||||||||||||
Atomic radius | empirical: 112 pm | ||||||||||||||
Covalent radius | 96±3 pm | ||||||||||||||
Van der Waals radius | 153 pm | ||||||||||||||
Spectral lines of เบริลเลียม | |||||||||||||||
Other properties | |||||||||||||||
Natural occurrence | primordial | ||||||||||||||
Crystal structure | เฮกซะโกนัลปิดบรรจุ | ||||||||||||||
Speed of sound thin rod | 12890 m/s (at r.t.) | ||||||||||||||
Thermal expansion | 11.3 µm/(m⋅K) (at 25 °C) | ||||||||||||||
Thermal conductivity | 200 W/(m⋅K) | ||||||||||||||
Electrical resistivity | 36 n Ω⋅m (at 20 °C) | ||||||||||||||
Magnetic ordering | ไดอะแมกเนติก | ||||||||||||||
Young's modulus | 287 GPa | ||||||||||||||
Shear modulus | 132 GPa | ||||||||||||||
Bulk modulus | 130 GPa | ||||||||||||||
Poisson ratio | 0.032 | ||||||||||||||
Mohs hardness | 5.5 | ||||||||||||||
Vickers hardness | 1670 MPa | ||||||||||||||
Brinell hardness | 600 MPa | ||||||||||||||
CAS Number | 7440-41-7 | ||||||||||||||
History | |||||||||||||||
Discovery | Louis Nicolas Vauquelin (1797) | ||||||||||||||
First isolation | Friedrich Wöhler & Antoine Bussy (1828) | ||||||||||||||
Isotopes of เบริลเลียม | |||||||||||||||
เดิม Louis-Nicolas Vauquelin ตั้งชื่อว่า กลูซิเนียม ( สัญลักษณ์อดีด Gl, glucinium ) มาจากภาษากรีก glykys แปลว่า “หวาน” เนื่องจากสารประกอบเบริลเลียมมีความหวาน ในปี ค.ศ. 1828 Martin Heinrich Klaproth ตั้งชื่อว่า เบริลเลียม ตามชื่อแร่ เบริล ( Beryl, ภาษากรีก Beryllos )
ในการวิเคราะห์ช่วงแรก แร่เบริลกับมรกตพบสารที่คล้ายคลึงกัน จึงสรุปผิดเป็นอะลูมิเนียมซิลิเคต และนักแร่วิทยา René Just Haüy พบว่าแร่สองชนิตนี้มีโครงสร้างผลึกที่คล้ายกันมาก จึงพบนักเคมี Louis-Nicolas Vauquelin เพื่อวิเคราะห์แร่ทางเคมี ในปี ค.ศ. 1797 Vauquelin แยกสารประกอบเบริลเลียมออกจากอะลูมิเนียมโดยนำแร่เบริลปฏิกิริยากับเบสจนเกิดการหลอมเหลวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์
ปี ค.ศ. 1828 Friedrich Wöhler และ Antoine Busy ต่างก็สามารถแยกธาตุเบริลเลียมด้วยวิธีปฏิกิริยาโลหะโพแทสเซียมกับเบริลเลียมคลอไรด์
วิธีนี้สามารถสร้างได้แค่เม็ดโลหะเบริลเลียมขนาดเล็กเนื่องจากผลิตโพแทสเซียมด้วยวิธีการแยกด้วยไฟฟ้าจากสารประกอบโพแทสเซียมจึงไม่สามารถสร้างแท่งโลหะเบริลเลียมด้วยวิธีหล่อหรือวิธีตีรูป ปี ค.ศ. 1898 Paul Lebeau เก็บตัวอย่างโลหะเบริลเลียมบริสุทธิ์ด้วยวิธีการแยกด้วยไฟฟ้าของสารละลายเบริลเลียมฟลูออไรด์และโซเดียมฟลูออไรด์ ในศตวรรษที่ 19 เมื่อพบสารประกอบเบริลลียมใหม่ นอกจากรายงานจุดหลอมเหลวกับค่าการละลายแล้วยังรายงานรสชาติเป็นเรื่องปกติ
การผลิตเบริลเลียมมีตั้งแต่ก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง แต่เริ่มผลิตปริมาณมากในต้นทศวรรษ 1930 ปริมาณผลิตของเบริลเลียมเพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเนื่องจากความต้องการของโลหะผสมเบริลเลียมที่แข็งแรงและสารเรืองแสงบนหลอดฟลูออเรสเซนต์เพิ่ม หลอดฟลูออเรสเซนต์ช่วงแรกใช้สารออร์โทซิงค์ซิลิเคตที่ผสมเบริลเลียมแต่หลังจากพบความเป็นพิษ ใช้สารประเภทฮาโลฟอสเฟตเป็นสารเรืองสารแทน การใช้เบริลเลียมในช่วงแรกยังใช้เป็นเบรกของเครื่องบินทหารเนื่องจากมีความแข็ง จุดหลอมแหลวสูง และมีความสามารถในการระบายความร้อนสูง แต่ด้วยการคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมจึงแทนเป็นวัสดุอื่น ๆ
เบริลเลียมผลิตจากแร่ธาตุอย่างแร่เบริล แร่เบริลเป็นแร่รัตนชาติที่มีชื่อเรียกอื่นว่า อะความารีน และ มรกต ตามสีที่เกิดจากสิ่งเจือปนในแร่ โครงสร้างผลึกที่เสถียรสุดในอุณหภูมิและความดันปกติคือ Hexagonal close-packed โลหะบริสุทธิ์มีสีเทาขาว และเมื่ออยู่ในอากาศจะเกิดชั้นออกไซด์ ทำให้อยู่อย่างเสถียร มีค่าความแข็งในระดับ 6 ถึง 7 ในมาตราโมสซึ่งแข็งและเปราะในอุณหภูมิห้อง และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความเหนียวจะเพิ่มขึ้น สามารถละลายในทั้งสภาวะกรดและเบส ไอโซโทปที่เสถียรของเบริลเลียมไม่ได้สังเคราะห์ด้วยการสังเคราะห์นิวเคลียสในดาวฤกษ์แต่สังเคราะห์จากการแตกเป็นเสี่ยงโดยรังสีคอสมิกของธาตุหนักอย่างคาร์บอนและไนโตรเจน
ในตารางธาตุ เบริลเลียมจัดอยู่ในธาตุหมู่ 2 แต่มีสมบัติคล้ายกับอะลูมิเนียมที่อยู่ในธาตุหมู่ 13 มากกว่าแคลเซียมและสตรอนเซียมที่อยู่ในหมู่เดียวกัน ยกตัวอย่างเช่น แคลเซียมและสตรอนเซียมเมื่อตรวจสีเปลวไฟจะมีสีแต่เบริลเลียมไม่มีสี จึงมีบางครั้งไม่จัดเบริลเลียมอยู่ในธาตุโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ถึงแม้จัดอย่ในธาตุหมู่ 2 นอกจากนั้นสารประกอบไบนารีของเบริลเลียมมีโครงสร้างคล้ายกับของสังกะสี
เบริลเลียมมีไอโซโทปที่เสถียรอยู่ 2 ไอโซโทป และในอุณหภูมิและความดันปกติ ( ที่อุณหภูมิและความดันปกติมาตรฐาน ) มีโครงสร้างผลึกที่เสถียรที่สุดคือ Hexagonal close-packed ซึ่งมีค่าคงที่แลตทิซเป็น a=2.268Å, b=3.594Å เมื่ออยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูง โครงสร้างผลึกแบบ Body-centered cubic จะเสถียรมากที่สุด มีค่าความแข็งในระดับ 6 ถึง7 ในมาตราโมสเป็นค่าที่แข็งสุดในธาตุหมู่ 2 แต่เปราะจนสามารถทำเป็งผงโดยการทุบตีได้ อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความเหนียวจะเพิ่มขึ้น จึงมีความสามารถทางเครื่องกลสูง เหมาะสำหรับการใช้ในงานที่อุณหภูมิสูงอย่างเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น แต่ใช้ในงานเช่นนี้ กรณีอุณหภูมิต่ำกว่า 400°C สมบัติความเหนียวจะต่ำลงถึงขั้นมีปัญหาในการใช้งาน ความถ่วงจำเพาะเท่ากับ 1.816 จุดหลอมเหลวเท่ากับ 1,284°C จุดเดือดเท่ากับ 2,767°C
เบริลเลียมมีค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 287GPa เป็นค่าที่มากกว่าค่ามอดูลัสของยังของเหล็กถึง 50 ดังนั้นมีความทนทานต่อการหักงอสูง ค่ามอดูลัสของยังที่สูงแสดงถึงความแข็งแกร่งของเบริลเลียมดีมาก และมีความเสถียรสูงในสภาวะที่ภารทางความร้อนมากจึงนิยมใช้เป็นชิ้นส่วนโครงสร้างของยานอวกาศและอากาศยาน นอกจากนั้นค่ามอดูลัสของยังที่สูงและเบริลเลียมมีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ ทำให้สมบัติการนำเสียงสูงถึงประมาณ 12.9 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งค่านี้เปลี่ยนแปลงตามสิ่งแวดล้อม จากสมบัตินี้นิยมใช้เป็นแผ่นสั่นของลำโพงหรือเครื่องเสียงอื่น ๆ
ธาตุเบริลเลียมมีความสามารถในการปฏิกิริยารีดักชันสูง ศักยภาพการเกิดรีดักชันE0มีค่าเท่ากับ -1.85V ซึ่งค่านี้เกิดจากแนวโน้มเกิดเป็นไอออนที่สูงกว่าอะลูมิเนียมจึงคาดว่ามีความสามารถในปฏิกิริยา แต่พื้นผิวจะเกิดชั้นออกไซด์ที่เสถียรจึงไม่เกิดปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจน แต่เมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วจะเกิดปฏิกิริยาเผาไหม้และได้สารผสมเบริลเลียมออกไซด์และเบริลเลียมไนไตรด์
เบริลเลียมที่มีชั้นออกไซด์จะมีความต้านทานกับกรด แต่เมื่อเบริลเลียมที่เอาชั้นออกไซด์ออกแล้วปฏิกิริยากับกรดที่มีความสามารถในการออกซิเดชันน้อยจะเกิดปฏิกิริยาอย่างรวดเร็ว ถ้าปฏิกิริยากับกรดที่มีความสามารถในการออกซิเดชันมากจะปฏิกิริยาช้า และปฏิกิริยากับเบสแก่จะเกิดไอออน และแก๊สไฮโดรเจน ซึ่งมีสมบัติคล้ายกับอะลูมิเนียม เบริลเลียมยังสามารถปฏิกิริยากับน้ำเกิดไฮโดรเจนและเบริลเลียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งเบริลเลียมไฮดรอกไซด์มีค่าการละลายต่ำและติดกับผิวเบริลเลียมจึงไม่เกิดปฏิกิริยาต่อเมื่อเบริลเลียมบริเวณพื้นผิวปฏิกิริยาทั้งหมด
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของเบลิเลียมคือ[He]2s2 เบริลเลียมมีพลังงานไอออไนเซชันสูงเมื่อเทียบกับขนาดอะตอม เบริลเลียมจึงยากที่จะเกิดเป็นไอออนและทำให้สารประกอบของเบริลเลียมเกิดพันธะโคเวเลนต์ สาเหตุอีกอย่างคือเกิดจากความหนาแน่นประจุสูง จากFajans' rules ไอออนบวกที่ขนาดเล็กและมีความหนาแน่นประจุสูงจะดึงเวเลนซ์อิเล็กตรอนของไอออนบวก ( เรียกว่าโพลาไรซ์ ) ทำให้เกิดพันธะโคเวเลนต์ เบริลเลียมมีขนาดเล็กและมีประจุ 2+ จึงเกิดพันธะโคเวเลนต์ ธาตุในคาบที่ 2 มีแนวโน้มของพลังงานไอออไนเซชันตามมวลอะตอม แต่เบริลเลียมมีพลังงานไอออไนเซชันสูงกว่าโบรอนที่มีมวลมากกว่า สาเหตุเกิดจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนของเบริลเลียมอยู่ในออร์บิทัล2s และเวเลนซ์อิเล็กตรอนของโบรอนอยู่ในออร์บิทัล2p อิเล็กตรอนในออร์บิทัล2pจะรับผลกระทบจากปรากฏการณ์การบังของอิเล็กตรอน(Shielding effect)ทำให้พลังงานไอออไนเซชันของอิเล็กตรอนในออร์บิทัล2pลดลง แต่อิเล้กตรอนในออร์บิทัล2sจะไม่ได้รับผลกระทบจากปรากฏการดังกล่าวจึงมีพลังงานไอออไนเซชันมากกว่าอิเล็กตรอนในออร์บิทัล2p เป็นสาเหตุที่เบริลเลียมมีพลังงานไอออไนเซชันมากกว่าโบรอน
สารเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันหรือไอออนเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันของเบริลเลียมส่วนใหญ่เกิด4พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ ยกตัวอย่างเช่น , EDTAจะเกิดเป็นลิแกนด์ของเบริลเลียมเกิดสารเชิงซ้อนทรงแปดหน้ามากกว่าลิแกนด์อื่นๆจึงนิยมใช้ในการวิเคราะห์สาร เช่น เมื่อเติมEDTAลงในสารเชิงซ้อนอะซิติลอะซิโตนกับเบริลเลียม EDTAจะเกิดสารเชิงซ้อนแทนที่อะซิติลอะซิโตนและอะซิติลอะซิโตนจะหลุดออก สามารถสกัดเบริลเลียมด้วยสารละลายได้ วิธีนี้อาจจะถูกรบกวนโดยไอออนบวกอื่นๆเช่นAl3+
เมื่อร่างกายได้รับเบริลเลียมจะมีความอันตรายจึงเป็นอุปสรรคต่อใช้ในเชิงพาณิชย์ เบริลเลียมมีการกัดกร่อนเนื้อเยื่อจนเกิดโรคเบริลเลียมเรื้อรังที่อันตรายถึงเสียชีวิต
เบริลเลียมเป็นสารที่มีความอันตรายสูง ก่อโรคร้ายแรงต่อบริเวณปอดที่รู้จักกันในชื่อ Berylliosis โรคเบริลเลียมเรื้อรัง เบริลเลียมเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและเป็นสารกัดกร่อนเนื้อเยื่อ เมื่อสูดดมสารประกอบที่ลาลายได้จะก่อโรคเบริลเลียมเฉียบพลันเป็นโรคกลุ่มปอดบวมทางเคมีเมื่อสัมผัสกับผิวโดยตรงเกิดอักเสบ
โรคเบริลเลียมเรื้อรัง (CBD) มีระยะฟักตัวตั้งแต่อาทิตย์ถึง 20 ปี อัตราเสียชีวิต 37%และถ้าเป็นหญิงตั้งครรภ์จะมีอัตรามากกว่า โดยทั่วไปแล้วโรคเบริลเลียมเรื้อรังเป็นโรคภูมิต้านตนเอง คาดมีคนที่รู้สึกโรคได้ต่ำกว่า 5% กลไกเกิดโรคคือ เบริลเลียมส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์ทำให้ยับยั้งการแบ่งเซลและเมแทบอลิซึม โรคโรคเบริลเลียมเรื้อรังมีอาการคล้ายกับโรค Sarcoidosis จึงแยกโรคนี้เป็นสำคัญต่อการวินิฉัยโรค
โดยทั่วไปแล้วโรคเบริลเลียมเฉียบพลันเป็นโรคปอดบวมทางเคมี มีกลไกเกิดโรคที่แตกต่างจากโรคเบริลเลียมเรื้อรังมีนิยามว่าเป็น "โรคปอดที่เกิดจากเบริลเลียมใน 1 ปี" และปริมาณเบริลเลียมที่ได้รับกับความหนักของอาการมีความสัมพันธ์กัน ทราบว่าเกิดโรคเมื่อมีความเข้มข้นเบริลเลียมสูงกว่า 1000μg/m3และ ไม่เกิดโรคเมื่อต่ำกว่า 100μg/m3
ปัจจุบันจำนวนผู้ป่วยโรคโรคเบริลเลียมเฉียบพลันลดลงเนื่องจากมีการแก้ไขสภาพแวดล้อมการทำงานและตั้งเกณฑ์ แต่ยังเกิดโรคเบริลเลียมเรื้อรังจำนวนมากในอุตสาหกรรมที่ใช้เบริลเลียม พบว่ามีผู้ป่วยโรคในโรงงานที่รักษาเกณฑ์และคนที่ไม่ได้อยู่ในโรงงานยังได้รับเบริลเลียมจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิล
องกรณ์ IARC ภายใต้ WHO ประกาศว่าเบริลเลียมและสารประกอบเบริลเลียมเป็นสารก่อมะเร็ง (Type1) สำนักงานประเมินความอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและอนามัยรัฐแคลิฟอร์เนีย(OEHHA)ได้คำนวณค่าเกณฑ์ความปลอดภับว่า 1μg/L และหน่วยงานสารพิษและทะเบียนโรคได้คำณวนเกณฑ์ความเสี่ยงต่ำสุดเท่ากับ 0.002 mg/kg/วัน เบริลเลียมไม่ได้เมตาบอลิซึมในร่างกายจึงเมื่อเข้าไปแล้วถ่ายออกได้น้อยและส่วนใหญ่สะสมในกระดูกและถ่ายออกทางปัสสวะ
ค.ศ. 1933 มีรายงานว่าปอดบวมทางเคมีครั้งแรกที่เยอรมนี และต่อมา ค.ศ. 1946 มีรายงานโรคเบริลเลียมเรื้อรังที่สหรัฐอเมริกา โรคนี้พบมากในโรงงานผลิตหลอดฟลูออเรสเซนต์และโรงงานสกัดเบริลเลียมใน ค.ศ. 1949 จึงยกเลิกใช้เบริลเลียมในการผลิตหลอดฟลูออเรสเซนต์และต้นทศวรรษ 1950 มีการตั้งเกณฑ์ความเข้มข้นสูงสุดเป็น 25μg/m3 มีการแก้ไขสภาพแวดล้อมดังกล่าว จำนวนผู้ป่วยโรคเบริลเลียมเฉียบพลันลดลงอย่างรวดเร็วแต่ยังมีการใช้เบริลเลียมในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และอากาศยานและยานอวกาศ โลหะผสม การผลิตอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์ ค.ศ. 1952 สหรัฐอเมริกาเริ่มมีระบบจดทะเบียนโรคเบริลเลียมและก่อนปี ค.ศ. 1983 ได้จด 888 อาการ ในระบบนี้มีเกณฑ์วินิฉัย 6 เกณฑ์และถ้าตรงกับ 3 เกณฑ์จะถูกวินิฉัยเป็นโรคเบริลเลียมเรื้อรัง ในปี ค.ศ. 2001 ใช้เกณฑ์ที่ 3 เกณฑ์คือตรวจสอบทางจุลพยาธิวิทยาโดยการตัดเนื้อเยื่อในปอดและตรวจ ตรวสสอบ lymphocyte blast–transformation และตรวจระยะเวลาที่อยู่กับเบริลเลียม
เบริลเลียมนิยมใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยานิวเคลียร์ในระเบิดปรมณูจึงมีนักวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาระเบิดปรมณูหลายคนเสียชีวิตด้วยโรคเบริลเลียมเช่น นักฟิสิกส์สหรัฐอเมริกา Herbert L. Anderson ที่เกี่ยวข้องกับโครงการแมนฮัตตัน
เบริลเลียมมีชั้นออกไซด์ห่อหุ้มจึงเป็นโลหะที่ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา แต่มีสมบัติที่เมื่อเกิดติดไฟแล้วจะเผาไหม้ได้อย่างรวดเร็วจึงมีความเสี่ยงต่อเกิดการระเบิดฝุ่นเมื่อมีผงเบริลเลียมกระจายในอากาศ
This article uses material from the Wikipedia ไทย article เบริลเลียม, which is released under the Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 license ("CC BY-SA 3.0"); additional terms may apply (view authors). เนื้อหาอนุญาตให้เผยแพร่ภายใต้ CC BY-SA 4.0 เว้นแต่ระบุไว้เป็นอื่น Images, videos and audio are available under their respective licenses.
®Wikipedia is a registered trademark of the Wiki Foundation, Inc. Wiki ไทย (DUHOCTRUNGQUOC.VN) is an independent company and has no affiliation with Wiki Foundation.