بريليوم

کليات
 

بريليوم عنصري شيميايي است با عدد اتمي 4 و نماد Be که در گروه دوم جدول تناوبي جاي دارد. جرم اتمي آن 0121و9 و ظرفيت آن 2 است. ايزوتوپ پايدار ندارد در طبيعت به صورت بريل که يکي از سنگ هاي گرانبهاست، يافت مي شود. اين عنصر فلزي است سبک، سخت، شکننده، به رنگ سفيد خاکستري متاليک، داراي جرم حجمي 85، 1 و نقطه ذوب 1280 و شبکه بلوري هگزاگونال. در اسيدها (به جز اسيد نيتريک) و قلياها محلول است. در برابر عمل اکسايش در دماهاي معمولي مقاوم است. رسانايي گرمايي و ظرفيت گرمايي آن زياد است و سبک ترين فلز شناخته مي شود. جوشکاري و زردجوش آن مشکل و ضريب ارتجاعي اين عنصر از فولاد بيشتر است. نفوذپذيري اين عنصر با بمباران اشعه ايکس و ذرات آلفا از راديوم يا پولونيوم و نوترونها مي باشد.

تاريخچه
 

اين عنصر در سال 1798 به صورت اکسيد بريليا توسط بوسي و وهلر Fredrich Wohler, A.A.Bussy دانشمندان آلماني و فرانسوي کشف شد. بريل، کاني بريليوم، عمدتاً در آفريقاي جنوبي، زيمبابوه، برزيل، آرژانتين، کانادا و هندوستان يافت مي شود، اما منابع اصلي آن در آمريکا است. مقدار بريليوم در طبيعت اندک است. بريليوم در 30 نوع کاني يافت مي شود که مهمترين آنها برترانديت، کريزوبريل و فناسيت هستند. ترکيبات قيمتي بريل به رنگهاي زرد و سبز وجود دارد.

طرز تهيه
 

بريليم از طريق الکتروليز نمک هاي مذاب خود تهيه مي شود. بهترين روش براي تهيه بريليم تجزيه الکتريکي مخلوط مذاب فلوريد بريليوم و باريم است. کاني آن را به اکسيد يا هيدروکسيد و سپس به کلريد يا فلورايد تبديل مي کنند.
هاليدهاي آن را مي توان:
* به کمک فلز منيزيم در کوره احيا کرد
* به کمک الکتروليز احيا کرد
* تقطير مايع- مايع آن با يک عامل کيليتي از ترکيبهاي آلي فسفات دار، بريل و برترانديت از مهمترين منابع تجاري اين عنصر و ترکيبات آن هستند. بيشترين منبع آماده سازي اين فلز توسط واکنش فلورايد بريليوم با فلز منيزيم به دست مي آيد.

شکلهاي قابل دسترسي
 

ورقه، لوله، ميله، سيم گرد، پرس گرم، پرس سرد و قطعه ها.

کاربردها
 

کاربرد اصلي اين فلز در صنعت فضايي است. براي ساخت راکتورهاي هسته اي با الکترود بازتابنده يا کند کننده براي نوترونهاي درجه حرارت پايين در مقطع جذبي مورد استفاده قرار مي گيرد. هنگامي که با ذره هاي آلفا آن را بمباران کنيم، تبديل به منبع نوتروني مي شود. آلياژهاي آن در صنعت تهيه لامپ چراغ و در قسمت هاي مختلف کامپيوتر و موشکها کاربرد دارد. همچنين فلز بريليوم براي مقاصد نظامي و در چاشني هاي نوتروني در برخي از مدلهاي سلاح هاي هسته اي نيز مورد استفاده قرار مي گيرد. از اين عنصر براي ساختن بدنه هواپيما و گلوله هاي جنگي و کشتي و ارتباطات ماهواره اي استفاده مي شود. از ديگر کاربردهاي اين عنصر استفاده از آن در قاب شيشه جلوي اتومبيل، ديسک ترمز و ساخت سفينه هاي فضايي است.
همچنين براي قطعات کامپيوتر و تجهيزات سبک و مقاوم کردن آنها استفاده مي شود. اکسيد بريليوم داراي نقطه ذوب بالا است که در کاربردهاي هسته اي و سراميکهاي مورد استفاده قرار مي گيرد. به دليل قابليت بالاي بريليوم در جذب مقدار زياد گرما از اين عنصر در فضاپيما، موشکها و هواپيماها استفاده مي شود.
زمردها ترکيب بريليم با کروم هستند. در ساخت آلياژهاي فلزي رنگ روشن، بخشي از دستگاه X-Ray، فنر ساعت ها و ... بکار مي روند.

هشدار
 

اين عنصر و نمک هاي آن به شدت سمي و خورنده هستند.

آلياژ مس- بريليوم
 

اضافه کردن مقداري بريليوم به مس استحکام آلياژ آن را از بيشتر آلياژهاي پايه مس و بيشتر فولادهاي سخت شده بيشتر مي کند، به علاوه، عمليات مکانيکي کنترل شده مي تواند خواص اين آلياژ را حتي بيشتر از نياز، افزايش دهد. از اين آلياژ براي بستهاي الکتريکي، الکترودهاي نقطه جوش و ابزارهاي توليد جرقه استفاده مي شود.
آلياژهاي مس- بريليوم دو دسته اند. آلياژهاي با مقاومت بالا يا اصطلاحا High Strength که نسبت به هر آلياژ ديگر مس استحکام بيشتري دارند و دراتصالات الکترونيکي، سويچ ها و فنرها به طور وسيعي استفاده مي شوند. هدايت الکتريکي و گرمايي اين آلياژها در حدود 20 % مس خالص است. دسته ديگر آلياژهاي با قابليت رسانايي بالا يا اصطلاحاً High Conductivit هستند. قابليت رسانايي اين آلياژهاي در حدود 50% رسانايي مس است ولي نسبت به آلياژهاي دسته اول از نظر استحکام در مرتبه پايين تري هستند در صنعت برق در رابط هاي قدرت و رله ها نيز استفاده مي شوند.
يکي از خواص فيزيکي مس- بريليوم که تفاوت قابل توجهي با ديگر آلياژهاي هم خانواده دارد هدايت گرمايي آن است. هدايت گرمايي و الکتريکي مس- بريليوم استفاده از آن در کاربردهايي که نياز به اتلاف گرما و انتقال جريان دارند توسعه داده است.
مس- بريليوم همچنين مدول الاستيسيته اي 10 تا 20 درصد بزرگتر از ديگر آلياژهاي ويژه مس دارد. ضريب انبساط گرمايي مس- بريليوم در خارج از محدوده حرارتي که اين آلياژها استفاده مي شوند، مستقل از ترکيب شيميايي آلياژ است. انبساط گرمايي اين آلياژ تقريبا برابر با فولاد زنگ نزن است.

خواص آلياژ مس- بريليوم
 

ضد جرقه: يکي از قديمي ترين و بهترين موارد مصرفي اين آلياژ در ابزارهايي است که جرقه زدن آنها خطرناک است. اين آلياژ در برابر جرقه مقاومت بالايي دارد.
مقاومت سايشي: آلياژ مس- بريليوم به طور ذاتي مقاومت سايشي بالايي دارد و در تماس با ساير مواد کمترين اصطکاک و خرابي سطح را دارد.
رفتار برودتي: مس- بريليوم در قالب هاي هيدروژن مايع و اکسيژن مايع به علت استحکام چقرمگي خوب در شرايط برودتي مورد استفاده قرار مي گيرد.
استحکام در دماي بالا: آلياژهاي مس- بريليوم استحکام خوبي در دماي بالا دارد. اين آلياژ در دماي 500 درجه فارنهايت مي تواند سرعت کرنشي و خصوصيات کششي همانند دماي اتاق داشته باشد. البته آلياژهاي استحکام بالا مي توانند تا 600 درجه فارنهايت اين استحکام را حفظ کنند. سختي اين آلياژ باعث استفاده از آن ها در جوشکاري الکترودي و قالب هاي تزريق پلاستيک مي شود.
بازتاب پذيري: آلياژ مس- بريليوم پوليش شده سطحي شبيه يک آيينه دارد. به خاطر اين رنگ خاص سطح آن، نور را به طور کامل باز مي تاباند به ويژه نور در طيف مادون قرمز را. بازتاب پذيري، قابليت ماشين کاري و ثبات اندازه منجر به استفاده اين آلياژ در آيينه ها به خصوص در موارد وجود نيروي گريز از مرکز با ساير تنش ها مي شود.
مقاومت در برابر خوردگي: مس- بريليوم به علت داشتن سرعت خوردگي پايين و مقاومت ذاتي در برابر رسوب قابل استفاده در آب شيرين و آب دريا مي باشد. کابل هاي انتقالي که در آب قرار دارند تا بيشتر از 30 سال بدون رسوب گرفتگي و خرابي ناشي از خوردگي عمر مي کنند. اين کابل ها به علت استحکام بالا قابليت ماشين کاري و مقاومت خوب در برابر خوردگي و رسوب گرفتگي از مس- بريليوم ساخته مي شوند.
شکل ظاهري: جلاي طلايي رنگ آلياژهاي با مقاومت بالا و رنگ مرجاني طلايي آلياژهاي داراي قابليت رسانايي بالا باعث دلربا شدن شکل آلياژ مي شود. در نتيجه با پوليش کردن، واکس زني و جلا دادن اين آلياژ مي توان از آن براي موارد تزييني استفاده کرد.

تاثير بريليوم بر سلامت انسان
 

بريليم عنصر چندان مهمي براي انسان به شمار نمي آيد در حقيقت، بريليوم يکي از سمي ترين مواد شيميايي محسوب مي شود. بريليم فلزي است که در هنگام تنفس، براي انسان بسيار خطرناک است. بر اثر تنفس آن ششها آسيب شديد مي بينند و علائم ذات الريه در فرد بروز مي کند. يکي از مهمترين اثرات شناخته شده بريليوم، (berylliosis بريليم خوردگي) ناميده مي شود. افرادي که داراي سيستم ايمني ضعيف هستند مستعد دچار شدن به اين بيماري هستند. اين بيماري، سبب مشکلات ريوي مزمن مي شود و ساير ارگانيسم هاي بدن مانند قلب را نيز تحت تاثير قرار مي دهد. آمار نشان داده که معمولا 20 درصد مبتلايان به اين بيماري جان خود را از دست مي دهند.
در افرادي که حساسيت زيادي به مواد شيميايي دارند، بريليوم باعث حساسيت مي شود. اين واکنش ها بسيار سنگين هستند و سبب ايجاد بيماري شديد در فرد مي شود. علائم اين بيماري عبارت است از ضعف، خستگي و مشکلات تنفسي. در برخي افراد نيز علائمي مانند بي اشتهايي و کبودي دست و پا ديده شده است.
بريليوم همچنين سبب افزايش و گسترش سرطان و آسيب به DNA مي شود.

تاثيرات زيست محيطي بريليوم
 

بريليوم طي فرآيندهاي طبيعي و فعاليتهاي انساني وارد هوا، آب و خاک مي شود. مقدار بريليوم در طبيعت اندک است. بريليوم را به ترکيبات مختلف فلزي اضافه مي کنند و از احتراق ذغالسنگ و نفت بدست مي آيد.
بريليوم در هوا به صورت ذرات غبار وجود دارد و بر اثر هوازدگي خاکها و سنگ ها وارد رودخانه ها و درياها مي شود. فعاليت هاي صنعتي نيز سبب وارد شدن مقداري بريليوم به هوا مي شود و سيستمهاي دفع فاضلاب نيز باعث وارد شدن بريليوم به آب مي گردند. معمولا در رسوبات ته نشين مي شود. اما اين عنصر به قسمتهاي عميق خاک وارد نمي شود و در آب حل نمي گردد.
در آب، مواد شيميايي با بريليوم واکنش مي دهند و غير قابل حل مي شود، غير قابل حل بودن بريليوم بسيار بهتر از شرايطي است که بريليوم قابل حل مي شود، زيرا بريليوم نامحلول در آب در مقايسه با بريليوم محلول در آب بر روي موجودات زنده اثرات مخرب کمتري دارد.
بريليم توانايي تجمع و وارد شدن در بدن ماهي را ندارد. اما، برخي از سبزيجات مانند لوبيا قرمز و برخي از ميوه ها همچون گلابي داراي مقدار زيادي بريليوم هستند. اين مقدار بالاي بريليوم بر اثر خوردن ميوه ها و سبزيجات وارد بدن جانوران مي شود، اما خوشبختانه به سرعت به صورت ادرار و مدفوع از بدن جانوران دفع مي شود.
بالا رفتن ميزان بريليوم در طبيعت به دليل فعاليت هاي انساني است. تست هاي آزمايشگاهي مشخص کرده است که بريليوم باعث سرطان يا مشکلات DNA در جانوران مي شود.
منبع: نشريه اطلاعات علمي شماره8