铍

鈹（pí）（英語：Beryllium；舊譯鋍、鑉、鋊），是一種化學元素，化學符號为Be，原子序數为4，原子量為7000901218310000000♠9.0121831 u，屬於鹼土金屬。鈹通常在宇宙射线散裂過程中產生，是宇宙中較為稀有的元素之一。所有自然界中的鈹都與其他元素結合，形成礦物，如綠柱石（海藍寶石、祖母綠）和金綠寶石等。單質鈹呈鋼灰色，輕、硬而易碎。

鈹 ₄Be

氫（非金屬） 氦（惰性氣體） 鋰（鹼金屬） 鈹（鹼土金屬） 硼（類金屬） 碳（非金屬） 氮（非金屬） 氧（非金屬） 氟（鹵素） 氖（惰性氣體） 鈉（鹼金屬） 鎂（鹼土金屬） 鋁（貧金屬） 矽（類金屬） 磷（非金屬） 硫（非金屬） 氯（鹵素） 氬（惰性氣體） 鉀（鹼金屬） 鈣（鹼土金屬） 鈧（過渡金屬） 鈦（過渡金屬） 釩（過渡金屬） 鉻（過渡金屬） 錳（過渡金屬） 鐵（過渡金屬） 鈷（過渡金屬） 鎳（過渡金屬） 銅（過渡金屬） 鋅（過渡金屬） 鎵（貧金屬） 鍺（類金屬） 砷（類金屬） 硒（非金屬） 溴（鹵素） 氪（惰性氣體） 銣（鹼金屬） 鍶（鹼土金屬） 釔（過渡金屬） 鋯（過渡金屬） 鈮（過渡金屬） 鉬（過渡金屬） 鎝（過渡金屬） 釕（過渡金屬） 銠（過渡金屬） 鈀（過渡金屬） 銀（過渡金屬） 鎘（過渡金屬） 銦（貧金屬） 錫（貧金屬） 銻（類金屬） 碲（類金屬） 碘（鹵素） 氙（惰性氣體） 銫（鹼金屬） 鋇（鹼土金屬） 鑭（鑭系元素） 鈰（鑭系元素） 鐠（鑭系元素） 釹（鑭系元素） 鉕（鑭系元素） 釤（鑭系元素） 銪（鑭系元素） 釓（鑭系元素） 鋱（鑭系元素） 鏑（鑭系元素） 鈥（鑭系元素） 鉺（鑭系元素） 銩（鑭系元素） 鐿（鑭系元素） 鎦（鑭系元素） 鉿（過渡金屬） 鉭（過渡金屬） 鎢（過渡金屬） 錸（過渡金屬） 鋨（過渡金屬） 銥（過渡金屬） 鉑（過渡金屬） 金（過渡金屬） 汞（過渡金屬） 鉈（貧金屬） 鉛（貧金屬） 鉍（貧金屬） 釙（貧金屬） 砈（類金屬） 氡（惰性氣體） 鍅（鹼金屬） 鐳（鹼土金屬） 錒（錒系元素） 釷（錒系元素） 鏷（錒系元素） 鈾（錒系元素） 錼（錒系元素） 鈽（錒系元素） 鋂（錒系元素） 鋦（錒系元素） 鉳（錒系元素） 鉲（錒系元素） 鑀（錒系元素） 鐨（錒系元素） 鍆（錒系元素） 鍩（錒系元素） 鐒（錒系元素） 鑪（過渡金屬） 𨧀（過渡金屬） 𨭎（過渡金屬） 𨨏（過渡金屬） 𨭆（過渡金屬） 䥑（預測為過渡金屬） 鐽（預測為過渡金屬） 錀（預測為過渡金屬） 鎶（過渡金屬） 鉨（預測為貧金屬） 鈇（貧金屬） 鏌（預測為貧金屬） 鉝（預測為貧金屬） 鿬（預測為鹵素） 鿫（預測為惰性氣體） － ↑ 鈹 ↓ 镁 锂 ← 鈹 → 硼
外觀
灰白色金屬
概況
名稱·符號·序數	鈹（Beryllium）·Be·4
元素類別	鹼土金屬
族·週期·區	2·2·s
標準原子質量	9.0121831(5)
电子排布	[He] 2s^2 2, 2
歷史
發現	路易-尼古拉·沃克蘭（1797年）
分離	弗里德里希·維勒和安托萬·比西（1828年）
物理性質
物態	固體
密度	（接近室温） 1.85 g·cm^−3
熔点時液體密度	1.690 g·cm^−3
熔点	1560 K，1287 °C，2349 °F
沸點	2742 K，2469 °C，4476 °F
熔化热	12.2 kJ·mol^−1
汽化热	292 kJ·mol^−1
比熱容	16.443 J·mol^−1·K^−1
蒸氣壓 壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k 溫/K 1462 1608 1791 2023 2327 2742
原子性質
氧化态 （粗体为常见氧化态）	+2, +1 （兩性氧化物）
电负性	1.57（鲍林标度）
电离能	第一：899.5 kJ·mol^−1 第二：1757.1 kJ·mol^−1 第三：14,848.7 kJ·mol^−1 （更多）
原子半径	112 pm
共价半径	96±3 pm
范德华半径	153 pm
鈹的原子谱线
雜項
晶体结构	六方密堆积
磁序	抗磁性
電阻率	（20 °C）36 nΩ·m
熱導率	200 W·m^−1·K^−1
膨脹係數	（25 °C）11.3 µm·m^−1·K^−1
聲速（細棒）	（室溫）12,890 m·s^−1
杨氏模量	287 GPa
剪切模量	132 GPa
体积模量	130 GPa
泊松比	0.032
莫氏硬度	5.5
維氏硬度	1670 MPa
布氏硬度	590–1320 MPa
CAS号	7440-41-7
同位素 查 论 编
主条目：鈹的同位素 同位素 丰度 半衰期​（t1/2） 衰變 方式 能量​（MeV） 產物 ^7Be 痕量 53.22 天 ε 0.862 ^7Li ^8Be 0% 8.17×10^−17 秒 α 0.092 ^4He ^9Be 100% 穩定，帶5粒中子 ^10Be 痕量 1.387×10^6 年 β^− 0.556 ^10B

在鋁、銅、鐵和鎳中加入鈹作為合金材料，可以加強其物理性質。用鈹銅合金製成的工具十分堅硬，在敲擊鋼鐵表面時也不會產生火花。由於鈹的抗彎剛度、熱穩定性、熱導率都很高，密度卻很低（只有水的1.85倍），所以適合做航空航天材料，用於導彈、航天器和人造衛星之中。X射線等電離輻射能夠穿透低密度和低原子量的鈹，所以在X光儀器和粒子物理學實驗中都常用鈹作為窗口材料。鈹和氧化鈹可以很好地傳導熱量，因此被用於控制器械的溫度。

在處理鈹的時候，必須使用適當的措施控制粉塵，因為吸入含鈹粉塵會引致可致命的慢性过敏性铍中毒。

物理性質

鈹是一種呈鋼灰色的堅硬金屬，在室溫下易碎，晶體呈六方密排結構。其剛性極高（楊氏模量為287GPa），熔點也很高。鈹的彈性模量大約比鋼鐵高50%，又因密度較低，所以它的音速特別高，在標準溫度和壓力下約為12.9 km/s。由於熱容量（1925 J·kg⁻¹·K⁻¹）和熱導率（216 W·m⁻¹·K⁻¹）都很高，因此鈹是每單位重量散熱性最佳的金屬材料。其線性熱膨脹率（11.4×10⁻⁶ K⁻¹）較低，在熱負荷條件下有著特殊的穩定性。

核物理性質

除微量由宇宙射線所致的放射性同位素以外，天然鈹幾乎完全由核自旋為${\displaystyle {\frac {3}{2}}}$的鈹-9同位素組成。鈹的高能中子截面較大，對能量高於10keV的中子截面約為6靶恩。因此，它是一種中子反射體和中子減速劑，能使中子熱能降至0.03eV以下。鈹對這些低能中子的截面比高能中子低至少一個數量級，其確切截面值取決於材料雛晶的純度和大小。

⁹Be同位素還會進行中子能量高於1.9MeV的(n,2n)中子反應，產生${\displaystyle {\ce {^8Be}}}$，後者立刻又分裂成兩個α粒子。所以對於高能中子來說，鈹是一種中子倍增劑，即它釋放的中子多於吸收的中子。核反應式如下：

${\displaystyle {\ce {^9_4Be + n -> 2(^4_2He) + 2n}}}$

鈹原子核受高能${\displaystyle \alpha }$粒子撞擊時會釋放中子，反應式如下：

${\displaystyle {\ce {^9_4Be + ^4_2He -> ^12_6C + n}}}$，其中${\displaystyle {\ce {^4_2He}}}$為${\displaystyle \alpha }$粒子，${\displaystyle {\ce {^12_6C}}}$為碳-12原子核。

鈹在氘核和質子的撞擊下也會釋放中子，所以在實驗室中可用鐳、釙和鈈對鈹進行輻射作為中子源。

${\displaystyle {\ce {^9_4Be}}}$原子核在吸收低能中子後，會釋放少量的氚。反應共有三步驟：

${\displaystyle {\ce {^9_4Be + n -> ^4_2He + ^6_2He}}}$

${\displaystyle {\ce {^6_2He -> ^6_3Li +}}}$${\displaystyle \beta ^{-}}$

${\displaystyle {\ce {^6_3Li + n -> ^4_2He + ^3_1H}}}$

其中${\displaystyle {\ce {^6_2He}}}$的半衰期只有0.8秒，${\displaystyle \beta ^{-}}$是電子，${\displaystyle {\ce {^6_3Li}}}$的高能中子截面較高。氚是核反應廢料中受關注的放射性同位素之一。

大部份波長的X射線和γ射線都可以穿透鈹金屬，所以鈹可以做X射線管等器材的窗口材料。

同位素與核合成

恒星內部會產生鈹的穩定和不穩定同位素，其中不穩定同位素會迅速衰變。宇宙射線會引致星際物質中更重的元素裂變，產生鈹。科學家相信，宇宙中大部份的穩定鈹同位素都是這樣產生的。原始鈹只由${\displaystyle {\ce {^9Be}}}$這一種穩定同位素組成，所以鈹屬於單一同位素元素。

地球大氣層中的氧受宇宙射線散裂，會產生放射性${\displaystyle {\ce {^10Be}}}$。${\displaystyle {\ce {^10Be}}}$在土壤表面積累，並存留一段較長的時間（半衰期為136萬年），再衰變成硼-10。因此${\displaystyle {\ce {^10Be}}}$及其衰變產物可用於檢測自然水土流失、成土作用和紅土的形成，以及間接測量太陽週期和冰芯的年齡。${\displaystyle {\ce {^10Be}}}$的生成率與太陽活動成反比，因為太陽活動越高，太陽風就越強，能夠抵達地球的宇宙射線通量也就越低。核爆時，快中子和空氣中二氧化碳的${\displaystyle {\ce {^13C}}}$反應，也會形成${\displaystyle {\ce {^10Be}}}$。利用這一現象，可以推測一個地點是否進行過核試驗。半衰期為53天的${\displaystyle {\ce {^7Be}}}$同位素也是由宇宙射線產生的，其在大氣中的含量同${\displaystyle {\ce {^10Be}}}$一樣和太陽黑子數目有關聯。

${\displaystyle {\ce {^8Be}}}$的半衰期只有約${\displaystyle 7\times 10^{-17}}$s。這在宇宙學上有重要的意義，因為任何比鈹更重的元素都不可能在大爆炸核聚變中形成：核合成階段沒有足夠的時間把⁴He原子核融合在一起，${\displaystyle {\ce {^8Be}}}$的濃度又太低，所以無法形成碳。英國天文學家弗雷德·霍伊爾首次表明，在以氦為燃料的恒星內部，時間充裕，${\displaystyle {\ce {^8Be}}}$和${\displaystyle {\ce {^12C}}}$也有足夠的能量觸發3氦過程來產生碳。恒星所製造的碳和眾多元素一樣，經漸近巨星分支恒星和超新星噴射出來，最終成為地球以及碳生命的組成元素。

鈹原子的內層電子可以參與化學成鍵。當${\displaystyle {\ce {^7Be}}}$經電子捕獲衰變時，其原子核會拿去內層電子。因此鈹的電子排布能夠影響其衰變率，程度可觀，這在各種核素的核衰變中屬於較為罕見的現象。

${\displaystyle {\ce {^13Be}}}$會經中子發射衰變，其半衰期為${\displaystyle 2.7\times 10^{-21}}$s，是所有已知鈹同位素中最短的。${\displaystyle {\ce {^6Be}}}$半衰期亦很短，只有${\displaystyle 5.0\times 10^{-21}}$s。特殊同位素${\displaystyle {\ce {^11Be}}}$和${\displaystyle {\ce {^14Be}}}$原子核帶有核暈，即分別有1個和4個中子在古典費米水滴核模型的外圍較遠處運轉。

化學性質

鈹較低的原子半徑和離子半徑決定了它的化學性質。其電離能非常高，與其他原子鍵合時有很強的極化性，所以所有鈹化合物都屬於共價化合物。根据对角线规则，與元素週期表中鄰近的元素相比，鈹的化學性質更接近鋁，因為兩者的電荷半徑之比都很高。鈹的表面會形成氧化層，有效避免進一步被空氣氧化；要加熱至1000 °C以上，鈹才會繼續和空氣發生反應。燃燒中的鈹會產生明亮的光芒，並形成氧化鈹和氮化鈹。鈹易溶於如氫氯酸和稀釋硫酸等非氧化酸，但不溶於的硝酸和水。和鋁一樣，鈹在水中會形成氫氧化物保護層，避免進一步反應。鈹也可以溶於鹼溶液中。

鈹原子的電子排布為[He] 2s²。由於有兩個價電子，所以鈹幾乎永遠以+2氧化態形成兩個共價鍵。+1態較罕見，如須在高溫下製備、在低溫下會歧化的一氯化鈹。根據八隅體規則，原子會儘量達到8價狀態，使電子排布接近稀有氣體元素。鈹在形成兩個共價鍵後會有4個價電子，即八隅體的一半，所以鈹的配位數為4。這一配位數使氟化鈹和氯化鈹等鈹化合物能夠形成聚合物。

氟化鈣等二氟化物的離子結構有規律而穩定

氟化鈹玻璃的不規則結構