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《元素家族》
剧毒的玫瑰——宝石元素:铍
鲁超   
得票 560 阅读 1453 评论 2

四号元素“铍”是一种宝石元素!

无论是象征爱情幸福的海蓝宝石,还是代表平安幸运的祖母绿,其主要成分都是铍铝硅酸盐。

Image title【美丽的海蓝宝石被称为“爱情之石”,也因为它与水的关系,人们相信它可以捕捉海洋的灵魂。在电影《加勒比海盗》中,如果你仔细观察,就会发现佩戴着许多花哨玩意的水手们,脖子上大多戴着一块蓝色的宝石,那就是海蓝宝石,他们相信那会在海洋上庇护他们。】

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【尊贵典雅的祖母绿,远至古埃及法老,近到明清国家领导人,无不对这绿宝石之王心驰神往。】


物以稀为贵,海蓝宝石和祖母绿都只是绿柱石中的两种,之所以如此稀少是有原因的,那就是铍元素在整个宇宙中的稀缺,原子序数第四的铍甚至比锂还要稀少一点。铍的三种同位素铍8,铍9,铍10中,只有铍9稳定,铍8可以由两个氦原子核聚变而成,但是太不稳定,而铍9原子核也很容易与中子或者阿尔法粒子反应,释放中子。

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【铍8的半衰期只有7*10-17秒,存在时间极短,似乎这种反应很难发生,但是恒星的巨大和时间的漫长,以及神秘的量子隧穿效应,使得这种反应成为可能。铍元素只能作为碳元素形成的催化剂,铍原子核的这种核反应性能决定了它在宇宙中的稀少,也使我们的绿宝石更加珍贵。】


绿宝石在地球上主要分布在巴西、美国、俄罗斯、南非等地,具有开采用作工业用途的就更少。将铍从矿石中冶炼出来,需要1500度以上的高温,世界上有工业规模提炼出铍的能力的国家只有中国、美国和哈萨克斯坦三个国家。然而需要注意,千万不要被它宝石的美丽所迷惑了,铍其实是有剧毒的,人呼入极微量的铍粉末就可以致死。所以如果在未来铍成为一项产业的话,一定要谨防那些无良资本家们不顾工人死活。

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【提炼出的铍金属,置于空气中表面会生成一层致密的氧化膜。】


既然如此困难,200多年前的科学家能够从绿柱石中发现铍元素,自然是不容易的事情。德国化学家克拉普罗特、瑞典化学家伯格曼等人都研究过绿柱石,认为它是一种硅酸铝。1798年,法国化学家沃克兰应邀对绿柱石进行了研究,他用过量的碱处理绿柱石,去除掉其中氢氧化铝,最后得到一种新的“土”。他认为这是一种未知元素,由于这种未知元素形成的盐有甜味,他用代表甜味的“glucine”命名。后来克拉普罗特发现另一种元素钇的盐也有甜味,提议还是用绿柱石(beryl)来命名它“beryllium”,译成中文是铍。

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【铍的发现者:沃克兰。】


你可能会想,绿宝石不是很珍贵吗?为什么要把其中的铍提炼出来呢?原来,铍在很多工业上起着很重要的作用。


核反应堆的功臣

前面提到,铍容易与中子反应,一个铍9原子核会接受一个中子,然后变成2个氦原子核,并释放出两个中子,这是不是和原子弹的链式反应很相似?其实这就是一种链式反应,只不过不是放热反应,所以不会像原子弹那样猛烈。铍的这种特性可以让它在核反应堆中成为中子的提供源。此外,铍对快中子有很好的减速作用,因此可以用它来做核反射镜,更加有效的利用中子,也防止中子外泄,对周围的人体、动植物产生辐射伤害。

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【这是一个微型核反应堆,其中铍包裹在核反应中心周围,作为反射器。这种微型核反应堆可以用于未来的深空探测器。】


金属玻璃

铍是第四位元素,因此原子核很小,它的X射线透过率在所有的金属中最强,因此铍经常作为X射线窗口的材料,被称为金属玻璃。

Image title【方形的铍箔被安装在X射线显微镜的窗口。】


铍青铜

在青铜中加入一点点铍,可以有效提高青铜的强度,硬度和弹性,并且可以让青铜更加耐腐蚀。这种材料被叫做铍青铜,被用于高端耐磨、耐腐蚀的地方,比如海底电缆等。将铍加入铁或者镍做成合金,也有非常意想不到的效果。

铍目前的成本还是很高,但是可以想象一下,锂以前的成本也很高,但是锂电池的需求促进了锂生产的发展,也因此而降低了成本。成本和需求,有时候是先有鸡还是先有蛋的问题。未来,如果铍的应用发展很快,铍的成本也会降低,也会相应促进铍的应用的发展。铍青铜等合金肯定会走上更多的舞台。

Image title【铍青铜用于海底电缆,我们能在家里就能看到异域的新闻,可以和远在大洋对面的战友并肩作战LOL,得感谢铍!】


未来的航天元素

如果说锂是轻而软,那么铍就是轻而硬。

目前的航天材料主要采用铝,钛正在登上舞台。铍几乎比钛轻一倍,要知道,在航天工业中,一公斤的重量意味着要增加多少的燃料,而燃料本身又要占用重量。铍还有最吸引航天工作者的一点在于它的吸热性能特别强,因此铍已经进入了航天工业的视野,迟早有一天,它将在人类的太空飞船上大放异彩。

Image title【我要说,星际争霸里面的大和舰是用铍做的,你信吗?】



小测试:

1, 铍存在于哪种宝石中:(单选)

A) 钻石

B) 绿宝石

C) 红宝石

D) 黄宝石


2, 下面哪个国家不具有工业规模提炼铍的能力:

A) 日本

B) 中国

C) 美国

D) 哈萨克斯坦

-完-
我要评论
小分子团水 2018-01-24 11:34
作为一个化学系本科生,所学的知识都是非常专业性的,科普性不足。元素家族以幽默风趣的讲述方式,以化学元素为基本来讲述化学对人类、对社会方方面面的影响,十分不错!
笑笑 2017-12-28 20:32
个人一点心得愚见,算几点体会:文章节奏特别稳当,彰显了作者深厚的文字功底和隐藏的相关知识的广博,文中俏皮地使用了一些幽默的句子,还选定了化学元素这一主题,非常契合学生业余生活的需要,引导大家深入记忆这些元素。另外跟本人正相反,使用了大量图片,这些图片本人仔细研究了一下,不是从网上复制的,而且图片整体效果规整,高人耶~
科普作品
元素家族
| 目录  (共17章)
评委点评 评语汇总

虽然,化学元素的科普,是一个很老的题材。但作者显然将最新的科研进展,融合到化学元素的科普中,时效性、时代性都很强。 写作风格幽默风趣,配图恰当,适合手机、网络等新媒体传播。

2018-01-08 20:01 郑永春 ——

全作以较为通俗的语言讲述了,十种元素从发现,到部分生活中的实际应用等方面的内容,从文字角度应该是不错的作品,老少皆宜。但在选取图片上,感觉部分图片选取的质量不高,需要改进。

2018-01-10 13:37 匿名 ——

一篇内容非常丰富的科普文章,相信如果不限制字数的他作者完全可以把现在所有已知元素全部写一遍。而且文中的科普内容不光是这些元素的化学性质,还有他们奇妙的特性以及科学家们发现他们的故事。可以勾起读者继续把他读完的欲望。而且据我所知作者鲁超自己也在运营一个科普相关的公众账号,这种不计回报的科普精神值得学习。

2018-01-24 15:39 匿名 ——

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