بيريليوم
البيريليوم هو عنصر كيميائي له الرمز Be والعدد الذرّي 4. يقع البيريليوم في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الثانية، وفي المجموعة الثانية كأوّل الفلزّات القلويّة الترابيّة، وهو عنصر ثنائي التكافؤ وسام. إنّ وفرة هذا العنصر في الكون قليلة، وذلك بسبب قصر عمر تشكّله في النجوم، أما على سطح الأرض، فغالباً ما يوجد مرتبطاً مع عناصر أخرى على شكل معادن مختلفة. هناك بعض الأحجار الكريمة التي تحوي البيريليوم في تركيبها مثل البيريل (الزمرّد الأخضر أو الأزرق) وكريسوبيريل.
إنّ عنصر البيريليوم بشكله الحرّ يكون على شكل فلزّ صلب، له لون رمادي قريب للون الفولاذ، لكنّه خفيف وهشّ. بسبب خواصه المميّزة من حيث انخفاض الكثافة والعدد الذرّي، فإنّ له تطبيقات في مجال أبحاث الأشعّة والطاقة النوويّة، كما يستعمل البيريليوم بكثرة في تركيب السبائك المختلفة، والتي تستخدم في العديد من التطبيقات الهندسيّة والتقنيّة.
عُرف معدن البيريل، الحاوي على عنصر البيريليوم، واستعمل منذ عهد البطالمة في مصر القديمة. وفي القرن الأوّل الميلادي ذكر عالم الطبيعة في العهد الروماني بلينيوس الأكبر في موسوعته التاريخ الطبيعي أنّ الزمرّد والبيريل متشابهان. وفي منشور "Papyrus Graecus Holmiensis"، المكتوب بالإغريقيّة، والذي يعود إلى القرن الرابع الميلادي، هناك وصفات تذكر فيها كيفيّة تصنيع الزمرّد والبيريل الصناعي.
أظهرت التحاليل الأوليّة، والتي قام بها عدّة باحثين مثل مارتن كلابروت و توربرن برغمان و فرانس كارل أخارد وغيرهم، أنّ للزمرّد والبيريل نفس تركيب العناصر، لكنّهم توصّلوا بشكل خاطئ أنّ التركيب هو سيليكات الألومنيوم. قام عالم المعادن رينيه جست أيوي أثناء بحثه باكتشاف أنّ البلّورتين لهما نفس البنية الهندسية، وسأل الكيميائي لوي نيكولا فوكلان أن يقوم بتحليل كيميائي للمادّتين. في عام 1798، وفي نشرة قُرأت أمام معهد فرنسا، صرّح فوكلان بأنّه وجد عنصراً أرضيّاً جديداً من خلال إذابة هيدروكسيد الألومنيوم المستحصل من الزمرّد والبيريل في فائض من القلوي. أسمى محرّرو المنشور العلمي "Annales de Chimie et de Physique" العنصر الجديد باسم ""غلوسين glucine"" من الإغريقية γλυχυς بمعنى حلو، وذلك للإشارة إلى المذاق الحلو لبعض مركّبات ذلك العنصر الجديد. بالمقابل، فضّل كلابروت تسميته "بيريلينا beryllina"، خاصّة أن الإتريوم يشكّل أيضاً أملاح حلوة المذاق. تجدر الإشارة إلى أنّ العنصر بقي يسمّى في فرنسا باسم مشتق من تسمية فوكلان وهي "غلوسينيوم Glucinium" حتّى سنة 1957، حيث كان يرمز له بالرمز "Gl", أمّا اسم البيريليوم فقد استعمل لأول مرّة من قبل فريدرش فولر سنة 1828، لكنّ هناك من يشير إلى أن تسمية البيريليوم كانت مقترحة من طرف كلابروت قبل ذلك.
قام كل من فريدرش فولر و أنطوان بوسي ، وبشكل منفصل، بعزل عنصر البيريليوم، حيث قام فولر، وباستخدام مصباح من الكحول، بتسخين طبقات من البوتاسيوم وكلوريد البيريليوم في بوتقة مغلقة من البلاتين. يحدث تفاعل بين المادتين نتيجة لذلك بحيث تصبح البوتقة ساخنة جرّاء ذلك. عند التبريد وغسل المسحوق الرمادي-الأسود الناتج، لاحظ فولر وجود قطع صغيرة لها بريق فلزّي، وعرف أنّها تعود إلى عنصر البيريليوم. كان البوتاسيوم ذو النشاط الكيميائي الكبير والمستخدم في التفاعل المذكور قد حصل عليه من التحليل الكهربائي لمركّباته. على الرغم من ذلك، فإنّ العمليّة الكيميائيّة المذكورة في تحضير البيريليوم لم تنتج سوى حبيبات صغيرة، بحيث كان من الصعب سبكه أو صبّه.
قام بول لوبو عام 1898 بإجراء عملية تحليل كهربائي لمزيج منصهر من فلوريد البيريليوم مع فلوريد الصوديوم، مما أدّى إلى الحصول على أول عيّنة صافية من البيريليوم (99.5 إلى 99.8%). جرى في أوائل القرن العشرين محاولات لإنتاج البيريليوم من التفكّك الحراري لمركّب يوديد البيريليوم، وذلك على غرار النتائج الناجحة لعمليّات مشابهة لإنتاج الزركونيوم، إلّا أنّ هذه العملية لم تكن اقتصاديّة. إنّ أوّل عمليّة تجاريّة ناجحة لإنتاج البيريليوم طوّرت سنة 1932 من قبل ألفرد شتوك و هانز غولدشميت. تضمّنت العمليّة إجراء تحليل كهربائي لمزيج من فلوريد البيريليوم مع الباريوم، والذي يسبّب تجمّع البيريليوم المنصهر على سطح مهبط الحديد المبرّد بالماء.
قذفت عيّنة من البيريليوم بجسيمات ألفا الصادرة عن اضمحلال الراديوم وذلك في تجربة قام بها جيمس تشادويك سنة 1932، والتي أظهر فيها وجود النيوترونات.
ازداد إنتاج البيريليوم بشكل كبير خلال الحرب العالميّة الثانيّة، نتيجة ازدياد الطلب على سبائك نحاس-بيريليوم الصلبة، كما استخدم البيريليوم مع الفوسفور بنسب متفاوتة مع أورثوسيليكات الزنك في تركيب مصابيح التوهج من أجل إصدار لون مخضرّ. لكنّ هذا الاستخدام لم يدم طويلاً واستبدل بالفوسفور المرتبط بالهالوجينات، بعد اكتشاف أنّ البيريليوم سام.
بين عامي 1998 و 2008، تناقص إنتاج العالم من البيريليوم من 343 إلى حوالي 200 طن، من بينها 176 طن (88%) منتج في الولايات المتحدة. بلغ سعر البيريليوم في السوق الأمريكية حوالي 745 دولار أمريكي لكل كيلوغرام (338 دولار أمريكي لكل رطل) في سنة 2001.
إنّ وفرة البيريليوم في الكون قليلة جداً، وسبب ذلك أنّ التخليق النووي للبيريليوم في النجوم قصير العمر، فعلى سبيل المثال، تبلغ نسبة Be في الشمس 0.1 جزء في البليون (ppb). بالمقابل، تتفاوت نسبة البيريليوم في القشرة الأرضيّة من 2 إلى 6 جزء في المليون، وذلك حسب المكان. وسطياً تبلغ هذه النسبة 5.3 جزء في المليون، وهو يقع بذلك في المركز 48 من حيث وفرة العناصر الكيميائية في الفلاف الأرضي.
يوجد البيريليوم في أكثر من 100 معدن، لكنّ أغلبها نزير ونادر. إن أكثر معادن البيريليوم شيوعاً هو بيرترانديت (BeSiO(OH)) و بيريل (AlBeSiO) و كريسوبيريل (AlBeO) و فيناكيت (BeSiO). هناك عدّة أحجار كريمة حاوية على عنصر البيريليوم في تركيبها مثل الزمرّد وأكوامارين (الزمرّد الأزرق) أو البيريل الأحمر (الزمرّد الأحمر)، بالإضافة إلى الأوكلاز والغادولينيت.
توجد الخامات الرئيسيّة للبيريليوم وهي البيريل والبيرترانديت متوزّعة في كل من الأرجنتين والبرازيل والهند ومدغشقر والصين وروسيا والولايات المتحدة الأمريكية. إنّ الاحتياطي العالمي الإجمالي من خامة البيريليوم يبلغ أكثر من 400 ألف طن.
إنّ استخلاص البيريليوم من مركّباته صعب، وذلك نتيجة الإلفة الكبيرة للأكسجين عند درجات حرارة مرتفعة، ولقدرته على اختزال الماء عندما تزال طبقة الأكسيد المتشكّلة على سطحه. يستخلص البيريليوم عادةً من معدن البيريل، وذلك إمّا بإجراء عمليّة تلبيد باستخدام عامل استخلاص، أو بإجراء عمليّة صهر للمعدن.
تتضمّن عمليّة التلبيد مزج البيريل مع فلوروسيليكات الصوديوم والصودا عند 770 °س ليشكّل "فلوروبيريلات الصوديوم" مع أكسيد الألومنيوم وثنائي أكسيد السيليكون. يترسّب هيدروكسيد البيريليوم من المحلول المائي الحاوي على فلوروبيريلات الصوديوم وهيدروكسيد الصوديوم. من جهة أخرى، فإنّ استخلاص البيريليوم بإجراء عملية الصهر تتضمّن طحن معدن البيريل حتى يصبح على شكل مسحوق، ومن ثمّ تسخينه إلى درجات حرارة تصل إلى 1650 °س. يبرّد المصهور بشكل سريع بالماء ومن ثمّ يعاد تسخينه إلى درجات حرارة بين 250 و 350 °س وذلك في وسط من حمض الكبريتيك المركّز، ممّا يعطي كبريتات البيريليوم وكبريتات الألومنيوم. يضاف الأمونياك بعد ذلك من أجل إزالة أملاح الألومنيوم والكبريت، حيث ينفصل الألومنيوم على شكل ملح شب الأمونيوم NHAl(SO).12HO قليل الانحلال، ويبقى البيريليوم على شكل هيدروكسيد.
يحوّل هيدروكسيد البيريليوم، والذي ينتج سواءً بالتلبيد أو الصهر، إلى فلوريد البيريليوم وذلك بإضافة محلول بيفلوريد الأمونيوم المائي إلى هيدروكسيد البيريليوم فيترسّب "رباعي فلوروبيريلات الأمونيوم"، والذي يسخّن إلى حوالي 1000 °س ليعطي فلوريد البيريليوم. بعد ذلك يسخّن الفلوريد الناتج مع فلز المغنسيوم إلى 900 °س لنحصل على مسحوق من فلز البيريليوم، ويعطي التسخين الإضافي إلى 1300 °س الفلز بشكل مضغوط.
يمكن الحصول على فلز البيريليوم بطريقة أخرى وذلك بتسخين هيدروكسيد البيريليوم حتّى نحصل على أكسيد البيريليوم، والذي يفاعل مع غاز الكلور بوجود الكربون للحصول على كلوريد البيريليوم. بإجراء عمليّة تحليل كهربائي لمصهور كلوريد البيريليوم نحصل على فلز البيريليوم، حيث يتشكّل غاز الكلور على المصعد المصنوع من الغرافيت، والبيريليوم على المهبط المصنوع من النيكل.
تعدّ الولايات المتحدة الأمريكية والصين وروسيا من الدول الرائدة في الإنتاج الصناعي للبيريليوم. بلغ الإنتاج العالمي من فلزّ البيريليوم سنة 2004 حوالي 100 طن.
للبيريليوم نظير واحد مستقرّ وهو بيريليوم-9 Be، لذلك فهو عنصر أحادي النظير. هناك نظائر مشعّة للبيريليوم مثل Be و Be، وهي نظائر ذات أصل كوني، توجد بشكل نادر على سطح الأرض.
ينتج النظير المشعّ بيريليوم-10 في غلاف الأرض الجوّي عن طريق تشظية الأشعّة الكونيّة للأكسجين. يميل البيريليوم للانحلال في مياه الأمطار المتشكّلة في طبقات الجو العليا وينزل معها إلى سطح الأرض، حيث يتجمّع في الطبقات السطحية للتربة. إنّ طول عمر النصف الإشعاعي لهذا النظير (1.36 مليون سنة)، يسمح له بالتواجد لفترة طويلة قبل اضمحلاله الإشعاعي إلى البورون-10. إنّ تحليل أثر النظير المشعّ بيريليوم-10 Be له أهميّة في مجال الجيولوجيا وعلم المناخ، ومن أحد هذه التطبيقات الهامّة الاستخدام في التأريخ الإشعاعي للصخور. كما تستخدم فحوص تركيز النظير Be نواتج اضمحلاله الإشعاعي لدراسة تكوّن التربة الغضارية وتعريتها، بالإضافة إلى تشكّل تربة اللاتيريت الصلصاليّة الحمراء. يبدي تركيز Be في الأرض علاقة مع نسبة الأشعّة الكونيّة الظاهرة في الأرض، والتي بدورها تكون متعلّقة بشدّة المغناطيسيّة الأرضيّة والنشاط الشمسي. إنّ تركيز البيريليوم-10 متناسب عكساً مع النشاط الشمسي، لأنّ ازدياد الرياح الشمسيّة خلال فترات النشاط الشمسي العالي يؤدّي إلى تناقص تدفّق الأشعّة الكونيّة التي تصل إلى كوكب الأرض. إنّ تحليل نسبة Be في العيّنات اللبّيّة الجليديّة يعطي دلالة على العلاقة بين النشاط الشمسي والاحترار العالمي على مدى آلاف السنين، وذلك لكون Be محتجزاً مع غازات الغلاف الجوّي المتبقيّة ضمن العيّنة. بما أنّ وجود النظير المشعّ Be يكون مفضّلاً في المسطّحات الضبوبيّة (إيروسول: مستعلقات صلبة وسائلة في الهواء)، فإنّ هناك تناسباً بين تركيز Be وهذه المستعلقات في الجوّ. يكون التركيز مرتفعاً في الأوقات الدافئة من السنة، ومنخفضاً في الأوقات الباردة. يتشكّل النظير Be أثناء الانفجارات النوويّة من تفاعل النيوترونات السريعة مع C في الهواء. يستخدم هذا الأمر كمؤشّر على حدوث أنشطة سابقة في مواقع اختبار الأسلحة النووية.
يلعب النظير المشعّ قصير العمر Be (عمر النصف له يبلغ حوالي 7 ثانية) دوراً مهمّاً في تخليق العناصر في عمليّة ألفا الثلاثيّة في الأجرام السماويّة. إن حقيقة كون النظير Be غير مستقر له نتائج كونيّة مهمّة، لأنّه يعني أنّ العناصر الأثقل من البيريليوم لا يمكن أن تكون قد تكوّنت بالاندماج النووي في الانفجار العظيم. يعود ذلك إلى عدم وجود وقتٍ كافٍ لحدوث تخليق للعناصر لإنتاج الكربون من اندماج نوى الهيليوم He حيث أن التركيز المتوفّر من بيريليوم-8 أثناء الانفجار العظيم قليل جدّاً. بالمقابل، فإنّ الأمر يختلف في النجوم المتشكّلة بعد الاتفجار العظيم، حيث أنّ مستويات الطاقة لكل من Be و C تسمح بإنتاج الكربون في عمليّة ألفا الثلاثيّة في النجوم التي يكون وقودها من الهيليوم، وذلك لتوفّر الوقت الكافي لذلك. 
إنّ النظير Be هو نظير مشعّ له أصل كوني، ويبلغ عمر النصف له 53 يوماً. هناك علاقة بين وفرة هذا النظير في الغلاف الجوّي مع الكلف الشمسي، وذلك مثل النظير Be. يبدي هذا النظير خاصّيّة مميّزة، وهي أنّه عندما يضمحلّ عن طريق اصطياد إلكترون، فإنّه يفعل ذلك بأخذ إلكترونات من المدار الذرّي المساهم في الارتباط، ممّا يجعل معدّل اضمحلاله معتمداً إلى حدٍّ ما على التشكيل الإلكتروني، وهي ظاهرة نادرة الحدوث في الاضمحلال النووي.
في سنة 2008، وجد ضمن الأبحاث في الفيزياء النوويّة أنّ للنظير بيريليوم-11 Be خاصّيّة مميّزة، وهي أنّ نواته تتألّف من جذع أساسي ومن مجموعة نيوترونات مرتبطة بشكل غير قوي. تدعى هذه الظاهرة باسم نواة هالو. إنّ ترتيب نواة النظير Be من النمط هالو أيضاً.
البيريليوم فلز له لون رمادي فولاذي، وهو صلب لكنّه هشّ، وله بنية بلّوريّة متراصّة حسب النظام البلّوري السداسي. للبيريليوم إحدى أعلى درجات الانصهار بين الفلزّات الخفيفة، كما أنّ له جساءة كبيرة جداً، حيث أنّ معامل المرونة الطولي (معامل يونغ) له يبلغ 287 غيغاباسكال، وهو بذلك أكبر بحوالي الثلث من قيمته للفولاذ، كما أنّ تخميد الاهتزازات لديه مرتفع. إنّ اجتماع خاصيّة كبر معامل المرونة مع انخفاض الكثافة النسبيّة تؤديان إلى ارتفاع انتقال الصوت في البيريليوم، والتي تبلغ 12.9 كم/ثا عند الظروف القياسيّة.
من الخواص الأخرى المميّزة للبيريليوم هي ارتفاع قيمة السعة الحراريّة النوعيّة (1825 جول.كغ.كلفن) والناقليّة الحراريّة (216 واط.متر.كلفن)، والتي تجعل البيريليوم من أكثر الفلزّات التي لها تبدّد حراري وذلك لكل وحدة وزن. بالإضافة إلى ذلك، فإنّ قيمة معامل التمدّد الحراري الخطّي (11.4×10 كلفن) منخفضة. كلّ هذه الخواص مجتمعة تجعل للبيريليوم ثباتيّة مميّزة عند شروط الحمل الحراري.
للبيريليوم قيمة منخفضة جدّاً من نسبة بواسون µ تبلغ 0.032، وذلك بالمقارنة مع فلزّات عناصر أخرى مثل الكروم (0.21) والذهب والرصاص والثاليوم (لها قيم µ تتراوح بين 0.44 و 0.45).
إنّ البيريليوم المتوفّر طبيعيّاً، عدا بعض النسب الضئيلة من نظائر أخرى، عبارة عن بيريليوم-9، والذي له لف مغزلي مقداره . يمتاز البيريليوم بأنّ قيمة المقطع العرضي للتبعثر بالنسبة للنيوترونات عالية الطاقة كبيرة تصل إلى 6 بارن، وذلك من أجل طاقات أعلى من 10 كيلو إلكترون فولت. من أجل ذلك، يستخدم كعاكس وكمهدّئ للنيوترونات، وذلك بشكل تصل فيه طاقة النيوترون الحراريّة أقل من 0.03 إلكترون فولت.
يخضع النظير الابتدائي بيريليوم-9 إلى التفاعل النيوتروني (n,2n)، وذلك للنيوترونات ذات الطاقة الأعلى من 1.9 ميفا إلكترون فولت، ليعطي النظير بيريليوم-8، والذي يتفكّك مباشرةً إلى جسيمتي ألفا. بالتالي، فإنّه بالنسبة للنيوترونات ذات الطاقة العالية فإنّ البيريليوم يصبح مضاعِف للنيوترونات، أي أنّه يعطي نيوترونات أكثر من التي يمتصّها. يكون التفاعل النووي كالتالي: