Be，BeO和Be（OH）2的性质各是什么？

【专家解说】：铍单质 　　铍在地壳的含量为0.0006%，主要矿物有绿柱石矿、硅铍石、金绿宝石。 　　铍是钢灰色金属，熔点(1551K)、沸点(3243K)较高，密度为1.85gcm-3，比镁稍重，但比铝还轻1/3，属于轻金属。铍的硬度比同族金属高，不像钙、锶、钡可以用刀子切割。 　　1.铍的反常性质 　　Be原子的价电子层结构为2s2，它的原子半径为89pm，Be2+离子半径为31pm，Be的电负性为1.57。铍由于原子半径和离子半径特别小（不仅小于同族的其它元素，还小于碱金属元素），电负性又相对较高（不仅高于碱金属元素，也高于同族其它各元素），所以铍形成共价键的倾向比较显著，不像同族其它元素主要形成离子型化合物。因此铍常表现出不同于同族其它元素的反常性质。 　　（1）铍由于表面易形成致密的保护膜而不与水作用，而同族其它金属镁、钙、锶、钡均易与水反应。 　　（2）氢氧化铍是两性的，而同族其它元素的氢氧化物均是中强碱或强碱性的。 　　（3）铍盐强烈地水解生成四面体型的离子[Be(H2O)2]2+，Be-O键很强，这就削弱了O-H键，因此水合铍离子有失去质子的倾向： 　　因此铍盐在纯水中是酸性的。而同族其它元素（镁除外）的盐均没有水解作用。 　　2.铍的制备方法 　　铍属于活泼金属，它的制备方法： 　　(1)电解无水熔融的铍盐，如氯化铍。 　　(2)用金属镁还原氟化铍。 　　3. 铍的重要应用 　　铍作为一种新兴材料日益被重视，铍是原子能、火箭、导弹、航空、宇宙航行以及冶金工业中不可缺少的宝贵材料。 　　(1)在所有的金属中，铍透过X射线的能力最强，有金属玻璃之称，所以铍是制造X射线管小窗口不可取代的材料。 　　(2)铍是原子能工业之宝。在原子反应堆里，铍是能够提供大量中子炮弹的中子源（每秒钟内能产生几十万个中子）；铍对快中子有很强的减速作用，可以使裂变反应连续不断地进行下去，所以铍是原子反应堆中最好的中子减速剂。为了防止中子跑出反应堆危及工作人员的安全，反应堆的四周得有一圈中子反射层，用来强迫那些企图跑出反应堆的中子返回反应堆中去。铍的氧化物不仅能够像镜子反射光线那样把中子反射回去，而且熔点高，特别能耐高温，是反应堆里中子反射层的最好材料。 　　(3)铍是优秀的宇航材料。人造卫星的重量每增加一公斤，运载火箭的总重量就要增加大约500kg。制造火箭和卫星的结构材料要求重量轻、强度大。铍比常用的铝和钛都轻，强度是钢的四倍。铍的吸热能力强，机械性能稳定。 　　(4)在冶金工业中，含铍1%至3.5%的青钢叫做铍青铜，机械性能比钢好，且抗腐蚀性好，还保持有很高的导电性。被用来制造手表里的游丝，高速轴承，海底电缆等。 　　(5)含有一定数量镍的铍青铜受撞击时不产生火花，利用这一奇妙的性质，可制作石油、矿山工业专用的凿子、锤子、钻头等，防止火灾和爆炸事故。含镍的铍青铜不受磁铁吸引，可制造防磁零件。 　　4.铍对人体的毒害 　　铍的化合物如氧化铍、氟化铍、氯化铍、硫化铍、硝酸铍等毒性较大，而金属铍的毒性相对比较小些。 　　铍进入人体后，难溶的氧化铍主要储存在肺部，可引起肺炎。可溶性的铍化合物主要储存在骨骼、肝脏、肾脏和淋巴结等处，它们可与血浆蛋白作用，生成蛋白复合物，引起脏器或组织的病变而致癌。铍从人体组织中排泄出去的速度极其缓慢。因此，接触铍及其化合物要格外小心。 　　铍的化合物 　　1.氧化铍 　　铍在氧气中燃烧，或铍的碳酸盐、硝酸盐、氢氧化物加热分解，都可以得到白色末状的氧化铍BeO，它的熔点为2803K，难溶，可用做耐高温材料。BeO是共价型的，并具有44的硫化锌（闪锌矿型）结构。BeO不溶于水，但能溶于酸生成的铍盐，也能溶于碱生成的铍酸盐，BeO是两性氧化物。 　　图1 BeO的结构 　　2.氢氧化铍 　　氢氧化铍是白色固体，在水中溶解度较小，293K时为810-6gcm-3,它是两性氢氧化物，在强碱性溶液中生成[Be(OH)4]2-离子： 　　3．氢化铍 　　Be不能与H2直接化合生成氢化铍，但用氢化铝锂Li[AlH4]还原氯化铍可以制得氢化铍。 　　氢化铍是共价型化合物，并且是多聚的(BeH2)n 。多聚的(BeH2)n是固体，它的结构类似于乙硼烷的结构，在两个Be原子之间形成了氢桥键。 　　每个Be原子同四个H原子相联结，每个H原子生成两个键。由于Be原子只有2个价电子，在氢化铍中没有足够的电子去形成正常的电子对键（即两个原子之间共用两个电子），氢化铍是缺电子化合物。因此在Be--H--Be桥状结合中，生成“香蕉形”的三中心两电子键。这是一个簇状化合物。 　　4. 氯化铍 　　氯化铍是共价型化合物，在空气中会吸潮并由于水解而发烟： 　　BeCl2+H2O=BeO+2HCl 　　氯化铍能升华并且不传导电流。无水氯化铍是聚合型的(BeCl2)2 。 　　5.铍的配合物 　　由于铍是缺电子原子，它的卤化物是路易斯酸，容易与电子对给予体形成配合物或加合物。因此铍能生成许多配合物。 　　1923年美国物理化学家路易斯提出酸碱电子理论认为：凡是可以接受电子对的物质称为酸，凡是可以给出电子对的物质称为碱。酸是电子对接受体，碱是电子对给予体。 　　例如氟化铍 BeF2很容易同额外的F-离子配位生成四氟合铍酸根配离子[BeF4]-,Be在配合物中是4配位的， Be原子采取sp3杂化，[BeF4]2-配离子是四面体构型。 　　铍还能生成许多稳定的螯合物。例如将氢氧化铍与醋酸一起蒸发，就生成了碱性醋酸铍Be4O(CH3COO)6。这是一个共价化合物，其中4个Be原子包围着一个中心O原子，6个醋酸根Ac-则沿着四面体的6条棱边而排布。这个配合物是共价的，并且能够被蒸馏，可用于铍的提纯。 　　在铍的其它螯合物中，如草酸铍盐、萘酚配合物和乙酰丙酮配合物等，在这些螯合物中，铍原子都是四面体地被包围着。铍的化合物有极高的毒性就是由于它们有极高的溶解度和它们很容易形成配合物之故。 　　铍与铝的相似性 　　在周期表中，铍与第IIIA族中的铝处于对角线位置，它们的性质十分相似。 　　1.标准电极电势相近：都是活泼金属。 　　2.都是亲氧元素，金属表面易形成氧化物保护膜，都能被浓HNO3钝化。 　　3.均为两性金属。氢氧化物也均呈两性。 　　4.氧化物BeO和Al2O3都具有高熔点、高硬度。 　　5.BeCl2和AlCl3都是缺电子的共价型化合物，通过桥键形成聚合分子。 　　6.铍盐、铝盐都易水解，水解显酸性。 　　7.Be2C像Al4C3一样，水解时产生甲烷。 　　尽管Be和Al有许多相似的化学性质，但两者在人体内的生理作用极不相同。人体能容纳适量的铝，却不能有一点儿铍，吸入少量的BeO，就有致命的危险 　　已知含铍矿物有30多种，但直到1968年，其中仅绿柱石具有工业价值。绿柱石是一种铍铝硅酸盐，其通式为3BeOAlO6SiO,理论上含BeO近14％。实际上BeO含量一般为9～13％;主要产于巴西、阿根廷、印度、南非等。中国新疆、江西等地也出产。1968年开始使用含水硅铍石 [BeSiO(OH)]制铍。含水硅铍石中氧化铍的理论含量为39～42％，但是工业矿物呈高度分散状态，氧化铍含量只有1.7～2.5％；主要产于美国。 　　性质和用途 铍在室温下的抗氧化能力近似铝，在干燥空气中于600可长时间抗氧化；于800可短时间抗氧化。铍在低温高纯水中具有优良的抗蚀性。室温下，铍易与稀硫酸反应，与浓硫酸反应缓慢；与稀硝酸和醋酸发生反应，与浓硝酸和冰醋酸不发生反应；但在高温下则与浓硝酸发生反应。铍与浓的碱溶液激烈反应；在略高于铍熔点的温度下，与碳反应生成碳化铍；略高于900时可与氮作用;1000下粉末状金属可与氨作用生成氮化铍。 　　X 射线对铍有很高的透过能力。铍核被中子、 粒子、氘核及γ射线撞击或照射时产生中子，因此铍是一种中子源材料。铍原子的热中子吸收截面为 0.009靶恩。 　　[铍的主要物理性质] 　　工业用铍大部分以氧化铍形态用于铍铜合金的生产（见）,小部分以金属铍形态应用,另有小量用做氧化铍陶瓷等。40年代前金属铍用做 X光窗和中子源等，从40年代中期到60年代初，主要用于原子能领域，如利用铍能使中子增殖作试验反应堆的反射层、减速剂和核武器部件等。1956年惯性导航系统首次使用铍陀螺，从此开辟了铍应用的重要领域。60年代铍的主要用途转入航天与航空领域，用于制造飞行器的部件（见）。 　　1980年世界铍矿石的生产能力（以铍计）约为1315吨。实际产量受军备、原子能和空间计划的影响，波动较大。1972～1974年，世界铍矿的年产量（以铍计）约为185吨。1976年以后，美国铍的消费量逐年增长,1980年达到 300吨。1977～1980年铜铍中间合金中铍的价格为135美元/公斤，纯铍265～307美元/公斤,陶瓷级氧化铍为57美元/公斤。绿柱石精矿（BeO10～12％）为75～85美元/短吨。 　　工业上金属铍的生产一般分为两步：第一步是从绿柱石中提取氧化铍，第二步是由氧化铍制取金属铍。 　　氧化铍的提取 有硫酸盐法和氟化物法。 　　硫酸盐法 先将绿柱石在1600～1700熔融，熔体用冷水水淬，得到的细粒状玻璃体，磨细到－200目,与浓硫酸混合，在250～300反应，使铍、铝氧化物转化成水溶性硫酸盐，而二氧化硅则不与硫酸发生反应，入渣弃去。在浸出液中加氨中和游离的硫酸，产生的硫酸铵同硫酸铝化合形成铝铵矾[NHAl(SO)12HO]沉淀，从而使铝大部除去。然后利用铍、铝离子在碱性溶液中稳定性的不同，使铍、铝进一步分离。例如在溶液中加入乙二胺四乙酸（EDTA）螯合剂和氢氧化钠可使铝、铁、铬、锰、稀土等杂质保持在溶液中。然后把溶液加热到接近沸点，铍酸钠便水解生成氢氧化铍沉淀而与杂质分离。于750～800煅烧氢氧化铍，即成工业氧化铍。 　　氟化物法 将磨细的绿柱石和氟硅酸钠或氟铁酸钠混合制块，在750烧结,矿石中的铍转化为水溶性的氟铍酸钠，而铝、铁、硅等仍保留氧化物状态。烧结块磨细后，用水浸出、过滤，滤液中加入氢氧化钠，得到铍酸钠溶液。煮沸溶液,铍酸钠便水解沉淀,得到工业纯氢氧化铍，再煅烧成氧化铍。残液用硫酸高铁处理，生成氟铁酸钠沉淀，回用制块。此法铍的回收率在90％以上，比硫酸盐法高。 　　从含水硅铍石提取 60年代末开始以含水硅铍石为提取铍的原料。这种原料中的铍呈简单的硅酸盐形态，用硫酸在近沸温度直接浸出。所得铍溶液，用处理，以D2EHPA[二（2-乙基己基）磷酸]煤油萃取，铍进入有机相，然后用碳酸铵溶液反萃，反萃液通过分步水解,除去铁和铝,最后加热到95，得Be(OH)2BeCO沉淀。 　　金属铍的生产 氧化铍极难直接还原成金属，生产中先将氧化铍转化为卤化物，然后再还原成金属。有两种工艺：氟化铍镁还原法（见）和氯化铍熔盐电解法。 　　氟化铍镁还原法 将氢氧化铍溶于氟氢化铵(NHFHF)溶液中，得氟铍酸铵 [(NH)BeF]溶液。然后加碳酸钙除铝；加过氧化铅（PbO）除锰、铬；加多硫化铵[(NH)S]除重金属杂质，经真空蒸发、浓缩结晶得纯净的氟铍酸铵。结晶在900进行热分解,得熔融氟化铍，铸成小锭,用于还原。镁还原按BeF＋[hjm]g─→Be＋[hjm]gF进行反应。还原过程开始于 900，结束时升至1300，以利金属与渣分离。生产中镁的用量通常只有化学计算值的70％。过量的氟化铍可以降低渣的熔点和粘度，有助于金属铍的聚结和渣的分离，还能防止因反应放热而使温度急升，引起镁的大量挥发。在还原产物进行水浸处理时，过量的氟化铍迅速溶解，使金属铍珠更易分离。还原所得金属铍珠经真空熔炼，除去未反应的镁、氟化铍和氟化镁等杂质后,铸成铍锭。 　　氯化铍熔盐电解法 先将氧化铍和碳还原剂混合，加焦油等粘结剂制成球团，在900以上焦化,所得焦化块装入氯化炉，在700～900通入氯气进行氯化，得到氯化铍。氯化铍在镍制坩埚内进行。坩埚内放置镍制圆筒作阴极，中心悬置石墨棒作阳极。纯无水氯化铍与等量的纯氯化钠混合、熔融,在350下进行电解。电解周期结束后取出沉积物,用冰水浸洗,除去熔盐，得到鳞片状的金属铍。经真空熔炼，浇铸成锭。 　　为制备较高纯度的铍，可将粗铍用真空蒸馏、熔盐电解精炼或等方法进行精炼。