بيريليوم

البيريليوم هو عنصر كيميائي يرمز له بالرمز Be وعدده الذري 4 ، وهو عنصر ثنائي التكافؤ وسام ، لونه رمادي قريب للون الفولاذ صلب وخفيف لكنه هش ، وهو فلز قلوي ترابي ، يستخدم بشكل رئيسي في تصليب السبائك كنحاس البريليوم.

خصائص عامّة

للبيريليوم احدى اعلى درجات الانصهار بين الفلزات الخفيفة ، وله معامل مرونة أكبر من معامل مرونة الفولاذ بمقدار الثلث تقريبا ، يتمتع بموصلية حرارية ممتازة ، كما انه لا يتمغنط ويقاوم حمض النيتريك بشكل جيد جدا ، له انفاذية عالية لاشعة اكس (الاشعة السينية او اشعة رونتجن) ، كما ان البيريليوم يطلق النيوترونات عند اصطدام جسيمات الفا به ، كتلك المنطلقة من الراديوم او البلوتونيوم (حوالي 30 نيوترون لكل مليون جسيم الفا) ، وفي درجة الحرارة وقياس الضغط القياسيين ، يقاوم البيريليوم التأكسد عند تعرضه للهواء (لاحظ ان قدرة البيريليوم على خدش الزجاج يعود على الاغلب لوجود طبقة رقيقة جدا من اكسيد البيريليوم على السطح).

تاريخه

سمي البيريليوم بهذا الاسم اشتقاقا من الكلمة اليونانيةberyllos, beryl ، وكان قد اسمي لفترة بالجلوسينيوم (من لفظة glykys اليونانية التي تعني حلو) ، وذلك لحلاوة طعم املاحه ، واكتشف هذا العنصر على يد لويس فوكولين عام 1798 على شكل اكسيد في البريل ، وفي الزمرد ، واستطاع العالمان فريدريش فوهلر و بوسي فصل العنصر بشكل حر ، كل على حدة عام 1828 وذلك بتفاعل البوتاسيوم مع كلوريد البيريليوم

توافره

يوجد البيريليوم في 30 فلز مختلف ، اهمها البرترانديت ، البريل ، الكريسوبريل والفيناسيت . واشكال ثمينة من البيريل هي الزبرجد والزمرد . اما المصدر التجاري للبيريليوم ومركباته فهو البيريل والبيرترانديت . ومعظم انتاج هذا الفلز يتم باختزال فلوريد البيريليوم مع فلز المغنيسيوم .ولم يتوفر البيريليوم بشكل سهل حتى عام 1957.

فصله

نظائره

للبيريليوم نظير واحد مستقر هو Be-9 .والنظير المشع النادر Be-10، ينتج في الجو عن طريق التشظي النووي (الانقسام) للاوكسيجين والنيتروجين بالاشعاعات الكونية. بسبب ميول البيريليوم للتواجد في المحاليل ذات درجات الحموضة pH التي تقل عن 5.5 (معظم مياه الامطار لها قياس حموضة يقل عن 5) ، فان البيريليوم يدخل في مياه الامطار وينزل إلى الارض . وعندما تصبح درجة حموضة المطر أكثر قاعدية (قلوية) عند وصولها الارض ، ينفصل البيريليوم عن المحلول (المطر) . وبذلك يتجمع النظير المشع النادر Be-10 في الطبقات السطحية للتربة ، حيث ان طول عمره النصفي الاشعاعي (1.5 مليون سنة) يسمح له بالتواجد لفترة طويلة قبل اضمحلاله الاشعاعي إلى البورون (B-10) ، حيث تسخدم فحوص تركيز النظير Be-10 ، ونواتج اضمحلاله الاشعاعي لملاحظة انجرافات التربة ، تكوّن التربة الغضارية ، وتكون التربة من خلال عوامل الحت والتعرية ، التقلبات الارضية (زلازل وبراكين) وتأثير الكائنات الحية ، كما تعتبر مؤشرا على تغيرات نشاط الشمس ولتقدير عمر عينات الجليد (في الاقطاب والانهار الجليدية).

ان حقيقة كون نظائر البيريليوم Be-7 و Be-8 غير مستقرة له نتائج كونية مهمة لانه يعني ان العناصر الاثقل من البيريليوم لا يمكن ان تكون قد تكونت بالانشطار النووي في الانفجار العظيم لما ولد الكون. وعلاوة على ذلك، فان مستويات الطاقة لدى البيريليوم-8 مناسبة لتَكوّن الكربون في النجوم ، وبالتالي فبدون هذه الخاصية فان وجود الحياة (التي يعتبر الكربون جزء اساسي لوجودها) لن يكون ممكنا.

استخداماته

• يستخدم البيريليوم كعنصر اشابة لانتاج سبائك نحاس مع البيريليوم المسماة برونز البيريليوم . ويتميز البيريليوم بحرارته النوعية العالية ، مما يجعل سبائل نحاس البيريليوم تستخدم بشكل واسع بسبب موصليتها الحرارية والكهربائية العالية ، قساوتها وتحملها للشد (strong) ، خصائصها اللامغناطيسية بالاضافة إلى مقاومتها الجيدة للتآكل والكلال . وتجعل هذه السبائك تستخدم لصنع مسرى اللحام النقطي ، النوابض (الزنبركات) ة والملامسات الكهربائية والادوات التي لا يسمح لها ان تصدر الشرار عند اصطدامها بحجر او فلز ، كالآلات اللازمة للعمل في الاجواء المعرضة للانفجار كالمناجم ومصانع البارود ومستودعات النفط.

• بسبب تصلبها ، وزنها الخفيف وثبات ابعادها ضمن مجال عريض من درجات الحرارة (قلة تأثرها بظاهرة التمدد والتقلص) ، فان سبائك نحاس البيريليوم تستخدم ايضا في الصناعات الدفاعية وابحاث الفضاء كمواد هيكلية خفيفة الوزن في الطائرات ذات السرعة العالية ، الصواريخ ، مركبات الفضاء واقمار الاتصالات الصناعي.

• رقائق البيريليوم تستخدم مع كشوف التشخيص التي تستخدم اشعة اكس (الاشعة السينية او اشعة رونتجن) ، فتمنع مرور الضوء المرئي وتسمح فقط لاشعة اكس بالمرور وذلك بنفاذية عالية تبلغ سبع عشر ضعف الالمنيوم الذي كان يستخدم لهذا الغرض سابقا.

• في مجال الحفر باشعة اكس ، يستخدم البيريليوم لاستنساخ الدوائر الكهربائية المتناهية في الصغر.

• ان التقاط البيريليوم للنيوترونات ضئيل ، فهو يشتتها ويغير اتجاه حركتها كما يبطيء من سرعتها لدرجة تجري عندها التفاعلات النووية المتسلسلة بشكل أكثر فعالية ، فيصد النيوترونات ويعيدها إلى المنطقة الفعالة من المفاعل ويحول دون تسربها من هناك ، كما ان ثباته الاشعاعي لا يتغير في درجات الحرارة العالية.

• يستخدم البيريليوم ايضا في الجيروسكوبات (gyroscopes) اي الاجهزة الداخلة في في انظمة توجيه وحفظ توازن الصواريخ وسفن الفضاء والأقمار الصناعية ، كما يدخل في اجهزة الحاسوب وملحقاتها ، نوابض الساعات والادوات الاخرى التي يعتبر فيها خفة الوزن والصلابة وثبات الابعاد صفات مهمة ومرغوبة.

• يستخدم اكسيد البيريليوم في العديد من التطبيقات التي تحتاج إلى نقل حراري ممتاز ، وصلابة وقوة عاليتين ، ودرجات انصهار عالية ، والتي تخدم كعوازل كهربائية.

• كانت مركبات البيريليوم تستخدم في الاضائة الفلوريسنتية ،ولكن ذلك لم يستمر بسبب اصابة العاملين في تلك الصناعة بامراض سببها استنشاقهم للبيريليوم بكميات زائدة (berylliosis).

• من المتوقع ان يكون لمسبار الفضاء المسمى جيمس ويب مرآة من البيريليوم ، لانه سيكون في ظروف حرارية تصل إلى -240 سيلسيوس (30 كيلفن) ، ويمكن ان تعمل مرآة البيريليوم بشكل أفضل من المرايا الزجاجية في تلك الضروف الباردة بحيث تظل أكثر دقة واقل عرضة لتغير الشكل في درجات الحرارة تلك.

تحذيرات

البيريليوم واملاحه مركبات سامة ، وتعتبر مسرطنة (مسببة للسرطان) . ومرض البيريلليوسيس المزمن (Chronic berylliosis) هو مرض رئوي يسبب تكيسات في الرئة سببه التعرض للبريليوم لفترات طويلة فظهر في أوروبا والولايات الامريكية المتحدة في اواسط النصف الاول من القرن الماضي .

كان العاملون في مصانع المصابيح الفلورسنتية يصابون بالمرض جراء تعرضهم للبيريليوم ، وبالرغم ان استخدامه في هذه الصناعة توقف في 1949 في الولايات الامريكية المتحدة ، الا ان العاملين في مجالات الصناعات النووية والفضاء بسبب استخدامهم لسبائك تحتوي البيريليوم ، صناعة الاجهزة الالكترونية وغيرها ، لا زالو يتعرضون للاصابة بامراض يسببها البيريليوم.

كان الباحثون الاوائل يتذوقون البيريليوم ومركباته المختلفة ليتأكدوا من وجوده ، حيث انه يتميز بطعم حلو ، الا ان تشخيص وجوده يتم اليوم باجهزة متطورة تجنب الباحثين خطر دخول البيريليوم إلى الجسم ، ويجب التعامل مع البيريليوم ونقله بحذر للحيليولة دون انتشاره الخطر ، وبالتالي يجب التعامل معه باتباع التعليمات المناسبة.