四號元素“鈹”是一種寶石元素!
無論是象徵愛情幸福的海藍寶石,還是代表平安幸運的祖母綠,其主要成分都是鈹鋁矽酸鹽。
【美麗的海藍寶石被稱為“愛情之石”,也因為它與水的關係,人們相信它可以捕捉海洋的靈魂。在電影《加勒比海盜》中,如果你仔細觀察,就會發現佩戴著許多花哨玩意的水手們,脖子上大多戴著一塊藍色的寶石,那就是海藍寶石,他們相信那會在海洋上庇護他們。】
【尊貴典雅的祖母綠,遠至古埃及法老,近到明清國家領導人,無不對這綠寶石之王心馳神往。】
物以稀為貴,海藍寶石和祖母綠都只是綠柱石中的兩種,之所以如此稀少是有原因的,那就是鈹元素在整個宇宙中的稀缺,原子序數第四的鈹甚至比鋰還要稀少一點。鈹的三種同位素鈹8,鈹9,鈹10中,只有鈹9穩定,鈹8可以由兩個氦原子核聚變而成,但是太不穩定,而鈹9原子核也很容易與中子或者阿爾法粒子反應,釋放中子。
【鈹8的半衰期只有7*10-17秒,存在時間極短,似乎這種反應很難發生,但是恆星的巨大和時間的漫長,以及神秘的量子隧穿效應,使得這種反應成為可能。鈹元素只能作為碳元素形成的催化劑,鈹原子核的這種核反應效能決定了它在宇宙中的稀少,也使我們的綠寶石更加珍貴。】
綠寶石在地球上主要分佈在巴西、美國、俄羅斯、南非等地,具有開採用作工業用途的就更少。將鈹從礦石中冶煉出來,需要1500度以上的高溫,世界上有工業規模提煉出鈹的能力的國家只有中國、美國和哈薩克三個國家。然而需要注意,千萬不要被它寶石的美麗所迷惑了,鈹其實是有劇毒的,人呼入極微量的鈹粉末就可以致死。所以如果在未來鈹成為一項產業的話,一定要謹防那些無良資本家們不顧工人死活。
【提煉出的鈹金屬,置於空氣中表面會生成一層緻密的氧化膜。】
既然如此困難,200多年前的科學家能夠從綠柱石中發現鈹元素,自然是不容易的事情。德國化學家克拉普羅特、瑞典化學家伯格曼等人都研究過綠柱石,認為它是一種矽酸鋁。1798年,法國化學家沃克蘭應邀對綠柱石進行了研究,他用過量的鹼處理綠柱石,去除掉其中氫氧化鋁,最後得到一種新的“土”。他認為這是一種未知元素,由於這種未知元素形成的鹽有甜味,他用代表甜味的“glucine”命名。後來克拉普羅特發現另一種元素釔的鹽也有甜味,提議還是用綠柱石(beryl)來命名它“beryllium”,譯成中文是鈹。
【鈹的發現者:沃克蘭。】
你可能會想,綠寶石不是很珍貴嗎?為什麼要把其中的鈹提煉出來呢?原來,鈹在很多工業上起著很重要的作用。
核反應堆的功臣
前面提到,鈹容易與中子反應,一個鈹9原子核會接受一箇中子,然後變成2個氦原子核,並釋放出兩個中子,這是不是和原子彈的鏈式反應很相似?其實這就是一種鏈式反應,只不過不是放熱反應,所以不會像原子彈那樣猛烈。鈹的這種特性可以讓它在核反應堆中成為中子的提供源。此外,鈹對快中子有很好的減速作用,因此可以用它來做核反射鏡,更加有效的利用中子,也防止中子外洩,對周圍的人體、動植物產生輻射傷害。
【這是一個微型核反應堆,其中鈹包裹在核反應中心周圍,作為反射器。這種微型核反應堆可以用於未來的深空探測器。】
鈹是第四位元素,因此原子核很小,它的X射線透過率在所有的金屬中最強,因此鈹經常作為X射線視窗的材料,被稱為金屬玻璃。
【方形的鈹箔被安裝在X射線顯微鏡的視窗。】
在青銅中加入一點點鈹,可以有效提高青銅的強度,硬度和彈性,並且可以讓青銅更加耐腐蝕。這種材料被叫做鈹青銅,被用於高階耐磨、耐腐蝕的地方,比如海底電纜等。將鈹加入鐵或者鎳做成合金,也有非常意想不到的效果。
鈹目前的成本還是很高,但是可以想象一下,鋰以前的成本也很高,但是鋰電池的需求促進了鋰生產的發展,也因此而降低了成本。成本和需求,有時候是先有雞還是先有蛋的問題。未來,如果鈹的應用發展很快,鈹的成本也會降低,也會相應促進鈹的應用的發展。鈹青銅等合金肯定會走上更多的舞臺。
【鈹青銅用於海底電纜,我們能在家裡就能看到異域的新聞,可以和遠在大洋對面的戰友並肩作戰LOL,得感謝鈹!】
如果說鋰是輕而軟,那麼鈹就是輕而硬。
目前的航天材料主要採用鋁,鈦正在登上舞臺。鈹幾乎比鈦輕一倍,要知道,在航天工業中,一公斤的重量意味著要增加多少的燃料,而燃料本身又要佔用重量。鈹還有最吸引航天工作者的一點在於它的吸熱效能特別強,因此鈹已經進入了航天工業的視野,遲早有一天,它將在人類的太空飛船上大放異彩。
四號元素“鈹”是一種寶石元素!
無論是象徵愛情幸福的海藍寶石,還是代表平安幸運的祖母綠,其主要成分都是鈹鋁矽酸鹽。
【美麗的海藍寶石被稱為“愛情之石”,也因為它與水的關係,人們相信它可以捕捉海洋的靈魂。在電影《加勒比海盜》中,如果你仔細觀察,就會發現佩戴著許多花哨玩意的水手們,脖子上大多戴著一塊藍色的寶石,那就是海藍寶石,他們相信那會在海洋上庇護他們。】
【尊貴典雅的祖母綠,遠至古埃及法老,近到明清國家領導人,無不對這綠寶石之王心馳神往。】
物以稀為貴,海藍寶石和祖母綠都只是綠柱石中的兩種,之所以如此稀少是有原因的,那就是鈹元素在整個宇宙中的稀缺,原子序數第四的鈹甚至比鋰還要稀少一點。鈹的三種同位素鈹8,鈹9,鈹10中,只有鈹9穩定,鈹8可以由兩個氦原子核聚變而成,但是太不穩定,而鈹9原子核也很容易與中子或者阿爾法粒子反應,釋放中子。
【鈹8的半衰期只有7*10-17秒,存在時間極短,似乎這種反應很難發生,但是恆星的巨大和時間的漫長,以及神秘的量子隧穿效應,使得這種反應成為可能。鈹元素只能作為碳元素形成的催化劑,鈹原子核的這種核反應效能決定了它在宇宙中的稀少,也使我們的綠寶石更加珍貴。】
綠寶石在地球上主要分佈在巴西、美國、俄羅斯、南非等地,具有開採用作工業用途的就更少。將鈹從礦石中冶煉出來,需要1500度以上的高溫,世界上有工業規模提煉出鈹的能力的國家只有中國、美國和哈薩克三個國家。然而需要注意,千萬不要被它寶石的美麗所迷惑了,鈹其實是有劇毒的,人呼入極微量的鈹粉末就可以致死。所以如果在未來鈹成為一項產業的話,一定要謹防那些無良資本家們不顧工人死活。
【提煉出的鈹金屬,置於空氣中表面會生成一層緻密的氧化膜。】
既然如此困難,200多年前的科學家能夠從綠柱石中發現鈹元素,自然是不容易的事情。德國化學家克拉普羅特、瑞典化學家伯格曼等人都研究過綠柱石,認為它是一種矽酸鋁。1798年,法國化學家沃克蘭應邀對綠柱石進行了研究,他用過量的鹼處理綠柱石,去除掉其中氫氧化鋁,最後得到一種新的“土”。他認為這是一種未知元素,由於這種未知元素形成的鹽有甜味,他用代表甜味的“glucine”命名。後來克拉普羅特發現另一種元素釔的鹽也有甜味,提議還是用綠柱石(beryl)來命名它“beryllium”,譯成中文是鈹。
【鈹的發現者:沃克蘭。】
你可能會想,綠寶石不是很珍貴嗎?為什麼要把其中的鈹提煉出來呢?原來,鈹在很多工業上起著很重要的作用。
核反應堆的功臣
前面提到,鈹容易與中子反應,一個鈹9原子核會接受一箇中子,然後變成2個氦原子核,並釋放出兩個中子,這是不是和原子彈的鏈式反應很相似?其實這就是一種鏈式反應,只不過不是放熱反應,所以不會像原子彈那樣猛烈。鈹的這種特性可以讓它在核反應堆中成為中子的提供源。此外,鈹對快中子有很好的減速作用,因此可以用它來做核反射鏡,更加有效的利用中子,也防止中子外洩,對周圍的人體、動植物產生輻射傷害。
【這是一個微型核反應堆,其中鈹包裹在核反應中心周圍,作為反射器。這種微型核反應堆可以用於未來的深空探測器。】
鈹是第四位元素,因此原子核很小,它的X射線透過率在所有的金屬中最強,因此鈹經常作為X射線視窗的材料,被稱為金屬玻璃。
【方形的鈹箔被安裝在X射線顯微鏡的視窗。】
在青銅中加入一點點鈹,可以有效提高青銅的強度,硬度和彈性,並且可以讓青銅更加耐腐蝕。這種材料被叫做鈹青銅,被用於高階耐磨、耐腐蝕的地方,比如海底電纜等。將鈹加入鐵或者鎳做成合金,也有非常意想不到的效果。
鈹目前的成本還是很高,但是可以想象一下,鋰以前的成本也很高,但是鋰電池的需求促進了鋰生產的發展,也因此而降低了成本。成本和需求,有時候是先有雞還是先有蛋的問題。未來,如果鈹的應用發展很快,鈹的成本也會降低,也會相應促進鈹的應用的發展。鈹青銅等合金肯定會走上更多的舞臺。
【鈹青銅用於海底電纜,我們能在家裡就能看到異域的新聞,可以和遠在大洋對面的戰友並肩作戰LOL,得感謝鈹!】
如果說鋰是輕而軟,那麼鈹就是輕而硬。
目前的航天材料主要採用鋁,鈦正在登上舞臺。鈹幾乎比鈦輕一倍,要知道,在航天工業中,一公斤的重量意味著要增加多少的燃料,而燃料本身又要佔用重量。鈹還有最吸引航天工作者的一點在於它的吸熱效能特別強,因此鈹已經進入了航天工業的視野,遲早有一天,它將在人類的太空飛船上大放異彩。