Be，BeO和Be（OH）2的性質(zhì)各是什么？

【專家解說】：鈹單質(zhì) 　　鈹在地殼的含量為0.0006%，主要礦物有綠柱石礦、硅鈹石、金綠寶石。 　　鈹是鋼灰色金屬，熔點(1551K)、沸點(3243K)較高，密度為1.85gcm-3，比鎂稍重，但比鋁還輕1/3，屬于輕金屬。鈹?shù)挠捕缺韧褰饘俑?，不像鈣、鍶、鋇可以用刀子切割。 　　1.鈹?shù)姆闯Ｐ再|(zhì) 　　Be原子的價電子層結(jié)構(gòu)為2s2，它的原子半徑為89pm，Be2+離子半徑為31pm，Be的電負性為1.57。鈹由于原子半徑和離子半徑特別?。ú粌H小于同族的其它元素，還小于堿金屬元素），電負性又相對較高（不僅高于堿金屬元素，也高于同族其它各元素），所以鈹形成共價鍵的傾向比較顯著，不像同族其它元素主要形成離子型化合物。因此鈹常表現(xiàn)出不同于同族其它元素的反常性質(zhì)。 　　（1）鈹由于表面易形成致密的保護膜而不與水作用，而同族其它金屬鎂、鈣、鍶、鋇均易與水反應(yīng)。 　?。?）氫氧化鈹是兩性的，而同族其它元素的氫氧化物均是中強堿或強堿性的。 　?。?）鈹鹽強烈地水解生成四面體型的離子[Be(H2O)2]2+，Be-O鍵很強，這就削弱了O-H鍵，因此水合鈹離子有失去質(zhì)子的傾向： 　　因此鈹鹽在純水中是酸性的。而同族其它元素（鎂除外）的鹽均沒有水解作用。 　　2.鈹?shù)闹苽浞椒? 　　鈹屬于活潑金屬，它的制備方法： 　　(1)電解無水熔融的鈹鹽，如氯化鈹。 　　(2)用金屬鎂還原氟化鈹。 　　3. 鈹?shù)闹匾獞?yīng)用 　　鈹作為一種新興材料日益被重視，鈹是原子能、火箭、導(dǎo)彈、航空、宇宙航行以及冶金工業(yè)中不可缺少的寶貴材料。 　　(1)在所有的金屬中，鈹透過X射線的能力最強，有金屬玻璃之稱，所以鈹是制造X射線管小窗口不可取代的材料。 　　(2)鈹是原子能工業(yè)之寶。在原子反應(yīng)堆里，鈹是能夠提供大量中子炮彈的中子源（每秒鐘內(nèi)能產(chǎn)生幾十萬個中子）；鈹對快中子有很強的減速作用，可以使裂變反應(yīng)連續(xù)不斷地進行下去，所以鈹是原子反應(yīng)堆中最好的中子減速劑。為了防止中子跑出反應(yīng)堆危及工作人員的安全，反應(yīng)堆的四周得有一圈中子反射層，用來強迫那些企圖跑出反應(yīng)堆的中子返回反應(yīng)堆中去。鈹?shù)难趸锊粌H能夠像鏡子反射光線那樣把中子反射回去，而且熔點高，特別能耐高溫，是反應(yīng)堆里中子反射層的最好材料。 　　(3)鈹是優(yōu)秀的宇航材料。人造衛(wèi)星的重量每增加一公斤，運載火箭的總重量就要增加大約500kg。制造火箭和衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)材料要求重量輕、強度大。鈹比常用的鋁和鈦都輕，強度是鋼的四倍。鈹?shù)奈鼰崮芰?，機械性能穩(wěn)定。 　　(4)在冶金工業(yè)中，含鈹1%至3.5%的青鋼叫做鈹青銅，機械性能比鋼好，且抗腐蝕性好，還保持有很高的導(dǎo)電性。被用來制造手表里的游絲，高速軸承，海底電纜等。 　　(5)含有一定數(shù)量鎳的鈹青銅受撞擊時不產(chǎn)生火花，利用這一奇妙的性質(zhì)，可制作石油、礦山工業(yè)專用的鑿子、錘子、鉆頭等，防止火災(zāi)和爆炸事故。含鎳的鈹青銅不受磁鐵吸引，可制造防磁零件。 　　4.鈹對人體的毒害 　　鈹?shù)幕衔锶缪趸敗⒎?、氯化鈹、硫化鈹、硝酸鈹?shù)榷拘暂^大，而金屬鈹?shù)亩拘韵鄬Ρ容^小些。 　　鈹進入人體后，難溶的氧化鈹主要儲存在肺部，可引起肺炎?？扇苄缘拟敾衔镏饕獌Υ嬖诠趋馈⒏闻K、腎臟和淋巴結(jié)等處，它們可與血漿蛋白作用，生成蛋白復(fù)合物，引起臟器或組織的病變而致癌。鈹從人體組織中排泄出去的速度極其緩慢。因此，接觸鈹及其化合物要格外小心。 　　鈹?shù)幕衔? 　　1.氧化鈹 　　鈹在氧氣中燃燒，或鈹?shù)奶妓猁}、硝酸鹽、氫氧化物加熱分解，都可以得到白色末狀的氧化鈹BeO，它的熔點為2803K，難溶，可用做耐高溫材料。BeO是共價型的，并具有44的硫化鋅（閃鋅礦型）結(jié)構(gòu)。BeO不溶于水，但能溶于酸生成的鈹鹽，也能溶于堿生成的鈹酸鹽，BeO是兩性氧化物。 　　圖1 BeO的結(jié)構(gòu) 　　2.氫氧化鈹 　　氫氧化鈹是白色固體，在水中溶解度較小，293K時為810-6gcm-3,它是兩性氫氧化物，在強堿性溶液中生成[Be(OH)4]2-離子： 　　3．氫化鈹 　　Be不能與H2直接化合生成氫化鈹，但用氫化鋁鋰Li[AlH4]還原氯化鈹可以制得氫化鈹。 　　氫化鈹是共價型化合物，并且是多聚的(BeH2)n 。多聚的(BeH2)n是固體，它的結(jié)構(gòu)類似于乙硼烷的結(jié)構(gòu)，在兩個Be原子之間形成了氫橋鍵。 　　每個Be原子同四個H原子相聯(lián)結(jié)，每個H原子生成兩個鍵。由于Be原子只有2個價電子，在氫化鈹中沒有足夠的電子去形成正常的電子對鍵（即兩個原子之間共用兩個電子），氫化鈹是缺電子化合物。因此在Be--H--Be橋狀結(jié)合中，生成“香蕉形”的三中心兩電子鍵。這是一個簇狀化合物。 　　4. 氯化鈹 　　氯化鈹是共價型化合物，在空氣中會吸潮并由于水解而發(fā)煙： 　　BeCl2+H2O=BeO+2HCl 　　氯化鈹能升華并且不傳導(dǎo)電流。無水氯化鈹是聚合型的(BeCl2)2 。 　　5.鈹?shù)呐浜衔? 　　由于鈹是缺電子原子，它的鹵化物是路易斯酸，容易與電子對給予體形成配合物或加合物。因此鈹能生成許多配合物。 　　1923年美國物理化學(xué)家路易斯提出酸堿電子理論認為：凡是可以接受電子對的物質(zhì)稱為酸，凡是可以給出電子對的物質(zhì)稱為堿。酸是電子對接受體，堿是電子對給予體。 　　例如氟化鈹 BeF2很容易同額外的F-離子配位生成四氟合鈹酸根配離子[BeF4]-,Be在配合物中是4配位的， Be原子采取sp3雜化，[BeF4]2-配離子是四面體構(gòu)型。 　　鈹還能生成許多穩(wěn)定的螯合物。例如將氫氧化鈹與醋酸一起蒸發(fā)，就生成了堿性醋酸鈹Be4O(CH3COO)6。這是一個共價化合物，其中4個Be原子包圍著一個中心O原子，6個醋酸根Ac-則沿著四面體的6條棱邊而排布。這個配合物是共價的，并且能夠被蒸餾，可用于鈹?shù)奶峒儭? 　　在鈹?shù)钠渌衔镏?，如草酸鈹鹽、萘酚配合物和乙酰丙酮配合物等，在這些螯合物中，鈹原子都是四面體地被包圍著。鈹?shù)幕衔镉袠O高的毒性就是由于它們有極高的溶解度和它們很容易形成配合物之故。 　　鈹與鋁的相似性 　　在周期表中，鈹與第IIIA族中的鋁處于對角線位置，它們的性質(zhì)十分相似。 　　1.標準電極電勢相近：都是活潑金屬。 　　2.都是親氧元素，金屬表面易形成氧化物保護膜，都能被濃HNO3鈍化。 　　3.均為兩性金屬。氫氧化物也均呈兩性。 　　4.氧化物BeO和Al2O3都具有高熔點、高硬度。 　　5.BeCl2和AlCl3都是缺電子的共價型化合物，通過橋鍵形成聚合分子。 　　6.鈹鹽、鋁鹽都易水解，水解顯酸性。 　　7.Be2C像Al4C3一樣，水解時產(chǎn)生甲烷。 　　盡管Be和Al有許多相似的化學(xué)性質(zhì)，但兩者在人體內(nèi)的生理作用極不相同。人體能容納適量的鋁，卻不能有一點兒鈹，吸入少量的BeO，就有致命的危險 　　已知含鈹?shù)V物有30多種，但直到1968年，其中僅綠柱石具有工業(yè)價值。綠柱石是一種鈹鋁硅酸鹽，其通式為3BeOAlO6SiO,理論上含BeO近14％。實際上BeO含量一般為9～13％;主要產(chǎn)于巴西、阿根廷、印度、南非等。中國新疆、江西等地也出產(chǎn)。1968年開始使用含水硅鈹石 [BeSiO(OH)]制鈹。含水硅鈹石中氧化鈹?shù)睦碚摵繛?9～42％，但是工業(yè)礦物呈高度分散狀態(tài)，氧化鈹含量只有1.7～2.5％；主要產(chǎn)于美國。 　　性質(zhì)和用途 鈹在室溫下的抗氧化能力近似鋁，在干燥空氣中于600可長時間抗氧化；于800可短時間抗氧化。鈹在低溫高純水中具有優(yōu)良的抗蝕性。室溫下，鈹易與稀硫酸反應(yīng)，與濃硫酸反應(yīng)緩慢；與稀硝酸和醋酸發(fā)生反應(yīng)，與濃硝酸和冰醋酸不發(fā)生反應(yīng)；但在高溫下則與濃硝酸發(fā)生反應(yīng)。鈹與濃的堿溶液激烈反應(yīng)；在略高于鈹熔點的溫度下，與碳反應(yīng)生成碳化鈹；略高于900時可與氮作用;1000下粉末狀金屬可與氨作用生成氮化鈹。 　　X 射線對鈹有很高的透過能力。鈹核被中子、 粒子、氘核及γ射線撞擊或照射時產(chǎn)生中子，因此鈹是一種中子源材料。鈹原子的熱中子吸收截面為 0.009靶恩。 　　[鈹?shù)闹饕锢硇再|(zhì)] 　　工業(yè)用鈹大部分以氧化鈹形態(tài)用于鈹銅合金的生產(chǎn)（見）,小部分以金屬鈹形態(tài)應(yīng)用,另有小量用做氧化鈹陶瓷等。40年代前金屬鈹用做 X光窗和中子源等，從40年代中期到60年代初，主要用于原子能領(lǐng)域，如利用鈹能使中子增殖作試驗反應(yīng)堆的反射層、減速劑和核武器部件等。1956年慣性導(dǎo)航系統(tǒng)首次使用鈹陀螺，從此開辟了鈹應(yīng)用的重要領(lǐng)域。60年代鈹?shù)闹饕猛巨D(zhuǎn)入航天與航空領(lǐng)域，用于制造飛行器的部件（見）。 　　1980年世界鈹?shù)V石的生產(chǎn)能力（以鈹計）約為1315噸。實際產(chǎn)量受軍備、原子能和空間計劃的影響，波動較大。1972～1974年，世界鈹?shù)V的年產(chǎn)量（以鈹計）約為185噸。1976年以后，美國鈹?shù)南M量逐年增長,1980年達到 300噸。1977～1980年銅鈹中間合金中鈹?shù)膬r格為135美元/公斤，純鈹265～307美元/公斤,陶瓷級氧化鈹為57美元/公斤。綠柱石精礦（BeO10～12％）為75～85美元/短噸。 　　工業(yè)上金屬鈹?shù)纳a(chǎn)一般分為兩步：第一步是從綠柱石中提取氧化鈹，第二步是由氧化鈹制取金屬鈹。 　　氧化鈹?shù)奶崛?有硫酸鹽法和氟化物法。 　　硫酸鹽法 先將綠柱石在1600～1700熔融，熔體用冷水水淬，得到的細粒狀玻璃體，磨細到－200目,與濃硫酸混合，在250～300反應(yīng)，使鈹、鋁氧化物轉(zhuǎn)化成水溶性硫酸鹽，而二氧化硅則不與硫酸發(fā)生反應(yīng)，入渣棄去。在浸出液中加氨中和游離的硫酸，產(chǎn)生的硫酸銨同硫酸鋁化合形成鋁銨礬[NHAl(SO)12HO]沉淀，從而使鋁大部除去。然后利用鈹、鋁離子在堿性溶液中穩(wěn)定性的不同，使鈹、鋁進一步分離。例如在溶液中加入乙二胺四乙酸（EDTA）螯合劑和氫氧化鈉可使鋁、鐵、鉻、錳、稀土等雜質(zhì)保持在溶液中。然后把溶液加熱到接近沸點，鈹酸鈉便水解生成氫氧化鈹沉淀而與雜質(zhì)分離。于750～800煅燒氫氧化鈹，即成工業(yè)氧化鈹。 　　氟化物法 將磨細的綠柱石和氟硅酸鈉或氟鐵酸鈉混合制塊，在750燒結(jié),礦石中的鈹轉(zhuǎn)化為水溶性的氟鈹酸鈉，而鋁、鐵、硅等仍保留氧化物狀態(tài)。燒結(jié)塊磨細后，用水浸出、過濾，濾液中加入氫氧化鈉，得到鈹酸鈉溶液。煮沸溶液,鈹酸鈉便水解沉淀,得到工業(yè)純氫氧化鈹，再煅燒成氧化鈹。殘液用硫酸高鐵處理，生成氟鐵酸鈉沉淀，回用制塊。此法鈹?shù)幕厥章试?0％以上，比硫酸鹽法高。 　　從含水硅鈹石提取 60年代末開始以含水硅鈹石為提取鈹?shù)脑?。這種原料中的鈹呈簡單的硅酸鹽形態(tài)，用硫酸在近沸溫度直接浸出。所得鈹溶液，用處理，以D2EHPA[二（2-乙基己基）磷酸]煤油萃取，鈹進入有機相，然后用碳酸銨溶液反萃，反萃液通過分步水解,除去鐵和鋁,最后加熱到95，得Be(OH)2BeCO沉淀。 　　金屬鈹?shù)纳a(chǎn) 氧化鈹極難直接還原成金屬，生產(chǎn)中先將氧化鈹轉(zhuǎn)化為鹵化物，然后再還原成金屬。有兩種工藝：氟化鈹鎂還原法（見）和氯化鈹熔鹽電解法。 　　氟化鈹鎂還原法 將氫氧化鈹溶于氟氫化銨(NHFHF)溶液中，得氟鈹酸銨 [(NH)BeF]溶液。然后加碳酸鈣除鋁；加過氧化鉛（PbO）除錳、鉻；加多硫化銨[(NH)S]除重金屬雜質(zhì)，經(jīng)真空蒸發(fā)、濃縮結(jié)晶得純凈的氟鈹酸銨。結(jié)晶在900進行熱分解,得熔融氟化鈹，鑄成小錠,用于還原。鎂還原按BeF＋[hjm]g─→Be＋[hjm]gF進行反應(yīng)。還原過程開始于 900，結(jié)束時升至1300，以利金屬與渣分離。生產(chǎn)中鎂的用量通常只有化學(xué)計算值的70％。過量的氟化鈹可以降低渣的熔點和粘度，有助于金屬鈹?shù)木劢Y(jié)和渣的分離，還能防止因反應(yīng)放熱而使溫度急升，引起鎂的大量揮發(fā)。在還原產(chǎn)物進行水浸處理時，過量的氟化鈹迅速溶解，使金屬鈹珠更易分離。還原所得金屬鈹珠經(jīng)真空熔煉，除去未反應(yīng)的鎂、氟化鈹和氟化鎂等雜質(zhì)后,鑄成鈹錠。 　　氯化鈹熔鹽電解法 先將氧化鈹和碳還原劑混合，加焦油等粘結(jié)劑制成球團，在900以上焦化,所得焦化塊裝入氯化爐，在700～900通入氯氣進行氯化，得到氯化鈹。氯化鈹在鎳制坩堝內(nèi)進行。坩堝內(nèi)放置鎳制圓筒作陰極，中心懸置石墨棒作陽極。純無水氯化鈹與等量的純氯化鈉混合、熔融,在350下進行電解。電解周期結(jié)束后取出沉積物,用冰水浸洗,除去熔鹽，得到鱗片狀的金屬鈹。經(jīng)真空熔煉，澆鑄成錠。 　　為制備較高純度的鈹，可將粗鈹用真空蒸餾、熔鹽電解精煉或等方法進行精煉。