เบริลเลียม

เบริลเลียม  เป็นธาตุในตารางธาตุที่มีสัญลักษณ์ Be และเลขอะตอม 4 เป็นธาตุไบวาเลนต์ที่มีพิษ น้ำหนักอะตอม 9.0122 amu จุดหลอมเหลว 1287°C จุดเดือด (โดยประมาณ) 2970°C ความหนาแน่น (จากการคำนวณ) 1.85 g/cm3 เลขออกซิเดชันสามัญ + 2 เบริลเลียมเป็นโลหะแอลคาไลน์เอิร์ธ มีสีเทาเหมือนเหล็ก แข็งแรง น้ำหนักเบา แต่เปราะ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้เป็นตัวที่ทำให้โลหะผสมแข็งขึ้น (โดยเฉพาะทองแดงเบริลเลียม)
รากศัพท์.
เดิม Louis-Nicolas Vauquelin ตั้งชื่อว่า กลูซิเนียม (สัญลักษณ์อดีด Gl, glucinium) มาจากภาษากรีก glykys แปลว่า “หวาน” เนื่องจากสารประกอบเบริลเลียมมีความหวาน ในปี ค.ศ. 1828 Martin Heinrich Klaproth ตั้งชื่อว่า เบริลเลียม ตามชื่อแร่ เบริล (Beryl, ภาษากรีก Beryllos)
การค้นพบ.
ในการวิเคราะห์ช่วงแรก แร่เบริลกับมรกตพบสารที่คล้ายคลึงกัน จึงสรุปผิดเป็นอะลูมิเนียมซิลิเคต และนักแร่วิทยา René Just Haüy พบว่าแร่สองชนิตนี้มีโครงสร้างผลึกที่คล้ายกันมาก จึงพบนักเคมี Louis-Nicolas Vauquelin เพื่อวิเคราะห์แร่ทางเคมี  ในปี ค.ศ. 1797 Vauquelin แยกสารประกอบเบริลเลียมออกจากอะลูมิเนียมโดยนำแร่เบริลปฏิกิริยากับเบสจนเกิดการหลอมเหลวของอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์
ปี ค.ศ. 1828 Friedrich Wöhler และ Antoine Busy ต่างก็สามารถแยกธาตุเบริลเลียมด้วยวิธีปฏิกิริยาโลหะโพแทสเซียมกับเบริลเลียมคลอไรด์
<chem>BeCl2 + 2K -> 2KCl + Be</chem>
วิธีนี้สามารถสร้างได้แค่เม็ดโลหะเบริลเลียมขนาดเล็กเนื่องจากผลิตโพแทสเซียมด้วยวิธีการแยกด้วยไฟฟ้าจากสารประกอบโพแทสเซียมจึงไม่สามารถสร้างแท่งโลหะเบริลเลียมด้วยวิธีหล่อหรือวิธีตีรูป ปี ค.ศ. 1898 Paul Lebeau เก็บตัวอย่างโลหะเบริลเลียมบริสุทธิ์ด้วยวิธีการแยกด้วยไฟฟ้าของสารละลายเบริลเลียมฟลูออไรด์และโซเดียมฟลูออไรด์ ในศตวรรษที่ 19 เมื่อพบสารประกอบเบริลลียมใหม่ นอกจากรายงานจุดหลอมเหลวกับค่าการละลายแล้วยังรายงานรสชาติเป็นเรื่องปกติ
การผลิตเบริลเลียมมีตั้งแต่ก่อนสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง แต่เริ่มผลิตปริมาณมากในต้นทศวรรษ 1930 ปริมาณผลิตของเบริลเลียมเพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงสงครามโลกครั้งที่สองเนื่องจากความต้องการของโลหะผสมเบริลเลียมที่แข็งแรงและสารเรืองแสงบนหลอดฟลูออเรสเซนต์เพิ่ม หลอดฟลูออเรสเซนต์ช่วงแรกใช้สารออร์โทซิงค์ซิลิเคตที่ผสมเบริลเลียมแต่หลังจากพบความเป็นพิษ ใช้สารประเภทฮาโลฟอสเฟตเป็นสารเรืองสารแทน การใช้เบริลเลียมในช่วงแรกยังใช้เป็นเบรกของเครื่องบินทหารเนื่องจากมีความแข็ง จุดหลอมแหลวสูง และมีความสามารถในการระบายความร้อนสูง แต่ด้วยการคำนึงถึงสิ่งแวดล้อมจึงแทนเป็นวัสดุอื่น ๆ
ลักษณะ.
เบริลเลียมผลิตจากแร่ธาตุอย่างแร่เบริล แร่เบริลเป็นแร่รัตนชาติที่มีชื่อเรียกอื่นว่า อะความารีน และ มรกต ตามสีที่เกิดจากสิ่งเจือปนในแร่ โครงสร้างผลึกที่เสถียรสุดในอุณหภูมิและความดันปกติคือ Hexagonal close-packed โลหะบริสุทธิ์มีสีเทาขาว และเมื่ออยู่ในอากาศจะเกิดชั้นออกไซด์ ทำให้อยู่อย่างเสถียร มีค่าความแข็งในระดับ 6 ถึง 7 ในมาตราโมสซึ่งแข็งและเปราะในอุณหภูมิห้อง และเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความเหนียวจะเพิ่มขึ้น สามารถละลายในทั้งสภาวะกรดและเบส ไอโซโทปที่เสถียรของเบริลเลียมไม่ได้สังเคราะห์ด้วยการสังเคราะห์นิวเคลียสในดาวฤกษ์แต่สังเคราะห์จากการแตกเป็นเสี่ยงโดยรังสีคอสมิกของธาตุหนักอย่างคาร์บอนและไนโตรเจน
ในตารางธาตุ เบริลเลียมจัดอยู่ในธาตุหมู่ 2 แต่มีสมบัติคล้ายกับอะลูมิเนียมที่อยู่ในธาตุหมู่ 13 มากกว่าแคลเซียมและสตรอนเซียมที่อยู่ในหมู่เดียวกัน ยกตัวอย่างเช่น แคลเซียมและสตรอนเซียมเมื่อตรวจสีเปลวไฟจะมีสีแต่เบริลเลียมไม่มีสี จึงมีบางครั้งไม่จัดเบริลเลียมอยู่ในธาตุโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท ถึงแม้จัดอย่ในธาตุหมู่ 2 นอกจากนั้นสารประกอบไบนารีของเบริลเลียมมีโครงสร้างคล้ายกับของสังกะสี
สมบัติทางกายภาพ.
เบริลเลียมมีไอโซโทปที่เสถียรอยู่ 2 ไอโซโทป และในอุณหภูมิและความดันปกติ (ที่อุณหภูมิและความดันปกติมาตรฐาน) มีโครงสร้างผลึกที่เสถียรที่สุดคือ Hexagonal close-packed ซึ่งมีค่าคงที่แลตทิซเป็น a=2.268Å, b=3.594Å เมื่ออยู่ในสภาวะอุณหภูมิสูง โครงสร้างผลึกแบบ Body-centered cubic จะเสถียรมากที่สุด มีค่าความแข็งในระดับ 6 ถึง7 ในมาตราโมสเป็นค่าที่แข็งสุดในธาตุหมู่ 2 แต่เปราะจนสามารถทำเป็งผงโดยการทุบตีได้ อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความเหนียวจะเพิ่มขึ้น จึงมีความสามารถทางเครื่องกลสูง เหมาะสำหรับการใช้ในงานที่อุณหภูมิสูงอย่างเตาปฏิกรณ์ฟิวชั่น แต่ใช้ในงานเช่นนี้ กรณีอุณหภูมิต่ำกว่า 400°C สมบัติความเหนียวจะต่ำลงถึงขั้นมีปัญหาในการใช้งาน ความถ่วงจำเพาะเท่ากับ 1.816 จุดหลอมเหลวเท่ากับ 1,284°C จุดเดือดเท่ากับ 2,767°C 
เบริลเลียมมีค่ามอดูลัสของยังเท่ากับ 287GPa เป็นค่าที่มากกว่าค่ามอดูลัสของยังของเหล็กถึง 50 ดังนั้นมีความทนทานต่อการหักงอสูง ค่ามอดูลัสของยังที่สูงแสดงถึงความแข็งแกร่งของเบริลเลียมดีมาก และมีความเสถียรสูงในสภาวะที่ภารทางความร้อนมากจึงนิยมใช้เป็นชิ้นส่วนโครงสร้างของยานอวกาศและอากาศยาน นอกจากนั้นค่ามอดูลัสของยังที่สูงและเบริลเลียมมีความหนาแน่นค่อนข้างต่ำ ทำให้สมบัติการนำเสียงสูงถึงประมาณ 12.9 กิโลเมตรต่อวินาที ซึ่งค่านี้เปลี่ยนแปลงตามสิ่งแวดล้อม จากสมบัตินี้นิยมใช้เป็นแผ่นสั่นของลำโพงหรือเครื่องเสียงอื่น ๆ
สมบัติทางเคมี.
ธาตุเบริลเลียมมีความสามารถในการปฏิกิริยารีดักชันสูง ศักยภาพการเกิดรีดักชันE0มีค่าเท่ากับ -1.85V ซึ่งค่านี้เกิดจากแนวโน้มเกิดเป็นไอออนที่สูงกว่าอะลูมิเนียมจึงคาดว่ามีความสามารถในปฏิกิริยา แต่พื้นผิวจะเกิดชั้นออกไซด์ที่เสถียรจึงไม่เกิดปฏิกิริยากับน้ำและออกซิเจน แต่เมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วจะเกิดปฏิกิริยาเผาไหม้และได้สารผสมเบริลเลียมออกไซด์และเบริลเลียมไนไตรด์
เบริลเลียมที่มีชั้นออกไซด์จะมีความต้านทานกับกรด แต่เมื่อเบริลเลียมที่เอาชั้นออกไซด์ออกแล้วปฏิกิริยากับกรดที่มีความสามารถในการออกซิเดชันน้อยจะเกิดปฏิกิริยาอย่างรวดเร็ว ถ้าปฏิกิริยากับกรดที่มีความสามารถในการออกซิเดชันมากจะปฏิกิริยาช้า และปฏิกิริยากับเบสแก่จะเกิดไอออน<chem>[Be(OH)4 ]^2-</chem>และแก๊สไฮโดรเจน ซึ่งมีสมบัติคล้ายกับอะลูมิเนียม เบริลเลียมยังสามารถปฏิกิริยากับน้ำเกิดไฮโดรเจนและเบริลเลียมไฮดรอกไซด์ ซึ่งเบริลเลียมไฮดรอกไซด์มีค่าการละลายต่ำและติดกับผิวเบริลเลียมจึงไม่เกิดปฏิกิริยาต่อเมื่อเบริลเลียมบริเวณพื้นผิวปฏิกิริยาทั้งหมด
การจัดเรียงอิเล็กตรอนของเบลิเลียมคือ[He]2s2 เบริลเลียมมีพลังงานไอออไนเซชันสูงเมื่อเทียบกับขนาดอะตอม เบริลเลียมจึงยากที่จะเกิดเป็นไอออนและทำให้สารประกอบของเบริลเลียมเกิดพันธะโคเวเลนต์ สาเหตุอีกอย่างคือเกิดจากความหนาแน่นประจุสูง จากFajans' rules ไอออนบวกที่ขนาดเล็กและมีความหนาแน่นประจุสูงจะดึงเวเลนซ์อิเล็กตรอนของไอออนบวก (เรียกว่าโพลาไรซ์) ทำให้เกิดพันธะโคเวเลนต์ เบริลเลียมมีขนาดเล็กและมีประจุ 2+ จึงเกิดพันธะโคเวเลนต์ ธาตุในคาบที่ 2 มีแนวโน้มของพลังงานไอออไนเซชันตามมวลอะตอม แต่เบริลเลียมมีพลังงานไอออไนเซชันสูงกว่าโบรอนที่มีมวลมากกว่า สาเหตุเกิดจากเวเลนซ์อิเล็กตรอนของเบริลเลียมอยู่ในออร์บิทัล2s และเวเลนซ์อิเล็กตรอนของโบรอนอยู่ในออร์บิทัล2p อิเล็กตรอนในออร์บิทัล2pจะรับผลกระทบจากปรากฏการณ์การบังของอิเล็กตรอน(Shielding effect)ทำให้พลังงานไอออไนเซชันของอิเล็กตรอนในออร์บิทัล2pลดลง แต่อิเล้กตรอนในออร์บิทัล2sจะไม่ได้รับผลกระทบจากปรากฏการดังกล่าวจึงมีพลังงานไอออไนเซชันมากกว่าอิเล็กตรอนในออร์บิทัล2p เป็นสาเหตุที่เบริลเลียมมีพลังงานไอออไนเซชันมากกว่าโบรอน
สารเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันหรือไอออนเชิงซ้อนโคออร์ดิเนชันของเบริลเลียมส่วนใหญ่เกิด4พันธะโคออร์ดิเนตโคเวเลนต์ ยกตัวอย่างเช่น <chem>[Be(H2O)4]^2+</chem>, <chem>[BeX4]^2-</chem> EDTAจะเกิดเป็นลิแกนด์ของเบริลเลียมเกิดสารเชิงซ้อนทรงแปดหน้ามากกว่าลิแกนด์อื่นๆจึงนิยมใช้ในการวิเคราะห์สาร เช่น เมื่อเติมEDTAลงในสารเชิงซ้อนอะซิติลอะซิโตนกับเบริลเลียม EDTAจะเกิดสารเชิงซ้อนแทนที่อะซิติลอะซิโตนและอะซิติลอะซิโตนจะหลุดออก สามารถสกัดเบริลเลียมด้วยสารละลายได้ วิธีนี้อาจจะถูกรบกวนโดยไอออนบวกอื่นๆเช่นAl3+
ความอันตราย.
เมื่อร่างกายได้รับเบริลเลียมจะมีความอันตรายจึงเป็นอุปสรรคต่อใช้ในเชิงพาณิชย์ เบริลเลียมมีการกัดกร่อนเนื้อเยื่อจนเกิดโรคเบริลเลียมเรื้อรังที่อันตรายถึงเสียชีวิต
ผลกระทบต่อร่างกาย.
เบริลเลียมเป็นสารที่มีความอันตรายสูง ก่อโรคร้ายแรงต่อบริเวณปอดที่รู้จักกันในชื่อ Berylliosis โรคเบริลเลียมเรื้อรัง เบริลเลียมเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและเป็นสารกัดกร่อนเนื้อเยื่อ เมื่อสูดดมสารประกอบที่ลาลายได้จะก่อโรคเบริลเลียมเฉียบพลันเป็นโรคกลุ่มปอดบวมทางเคมีเมื่อสัมผัสกับผิวโดยตรงเกิดอักเสบ
โรคเบริลเลียมเรื้อรัง (CBD) มีระยะฟักตัวตั้งแต่อาทิตย์ถึง 20 ปี อัตราเสียชีวิต 37%และถ้าเป็นหญิงตั้งครรภ์จะมีอัตรามากกว่า โดยทั่วไปแล้วโรคเบริลเลียมเรื้อรังเป็นโรคภูมิต้านตนเอง คาดมีคนที่รู้สึกโรคได้ต่ำกว่า 5% กลไกเกิดโรคคือ เบริลเลียมส่งผลต่อการทำงานของเอนไซม์ทำให้ยับยั้งการแบ่งเซลและเมแทบอลิซึม โรคโรคเบริลเลียมเรื้อรังมีอาการคล้ายกับโรค Sarcoidosis จึงแยกโรคนี้เป็นสำคัญต่อการวินิฉัยโรค
โดยทั่วไปแล้วโรคเบริลเลียมเฉียบพลันเป็นโรคปอดบวมทางเคมี มีกลไกเกิดโรคที่แตกต่างจากโรคเบริลเลียมเรื้อรังมีนิยามว่าเป็น "โรคปอดที่เกิดจากเบริลเลียมใน 1 ปี" และปริมาณเบริลเลียมที่ได้รับกับความหนักของอาการมีความสัมพันธ์กัน ทราบว่าเกิดโรคเมื่อมีความเข้มข้นเบริลเลียมสูงกว่า 1000μg/m3และ ไม่เกิดโรคเมื่อต่ำกว่า 100μg/m3
ปัจจุบันจำนวนผู้ป่วยโรคโรคเบริลเลียมเฉียบพลันลดลงเนื่องจากมีการแก้ไขสภาพแวดล้อมการทำงานและตั้งเกณฑ์ แต่ยังเกิดโรคเบริลเลียมเรื้อรังจำนวนมากในอุตสาหกรรมที่ใช้เบริลเลียม พบว่ามีผู้ป่วยโรคในโรงงานที่รักษาเกณฑ์และคนที่ไม่ได้อยู่ในโรงงานยังได้รับเบริลเลียมจากการเผาผลาญเชื้อเพลิงฟอสซิล
องกรณ์ IARC ภายใต้ WHO ประกาศว่าเบริลเลียมและสารประกอบเบริลเลียมเป็นสารก่อมะเร็ง (Type1) สำนักงานประเมินความอันตรายต่อสิ่งแวดล้อมและอนามัยรัฐแคลิฟอร์เนีย(OEHHA)ได้คำนวณค่าเกณฑ์ความปลอดภับว่า 1μg/L และหน่วยงานสารพิษและทะเบียนโรคได้คำณวนเกณฑ์ความเสี่ยงต่ำสุดเท่ากับ 0.002 mg/kg/วัน เบริลเลียมไม่ได้เมตาบอลิซึมในร่างกายจึงเมื่อเข้าไปแล้วถ่ายออกได้น้อยและส่วนใหญ่สะสมในกระดูกและถ่ายออกทางปัสสวะ
ประวัติศาสตร์โรคเบริลเลียม.
ค.ศ. 1933 มีรายงานว่าปอดบวมทางเคมีครั้งแรกที่เยอรมนี และต่อมา ค.ศ. 1946 มีรายงานโรคเบริลเลียมเรื้อรังที่สหรัฐอเมริกา โรคนี้พบมากในโรงงานผลิตหลอดฟลูออเรสเซนต์และโรงงานสกัดเบริลเลียมใน ค.ศ. 1949 จึงยกเลิกใช้เบริลเลียมในการผลิตหลอดฟลูออเรสเซนต์และต้นทศวรรษ 1950 มีการตั้งเกณฑ์ความเข้มข้นสูงสุดเป็น 25μg/m3 มีการแก้ไขสภาพแวดล้อมดังกล่าว จำนวนผู้ป่วยโรคเบริลเลียมเฉียบพลันลดลงอย่างรวดเร็วแต่ยังมีการใช้เบริลเลียมในอุตสาหกรรมนิวเคลียร์และอากาศยานและยานอวกาศ โลหะผสม การผลิตอุปกรณ์ อิเล็กทรอนิกส์
ค.ศ. 1952 สหรัฐอเมริกาเริ่มมีระบบจดทะเบียนโรคเบริลเลียมและก่อนปี ค.ศ. 1983 ได้จด 888 อาการ ในระบบนี้มีเกณฑ์วินิฉัย 6 เกณฑ์และถ้าตรงกับ 3 เกณฑ์จะถูกวินิฉัยเป็นโรคเบริลเลียมเรื้อรัง ในปี ค.ศ. 2001 ใช้เกณฑ์ที่ 3 เกณฑ์คือตรวจสอบทางจุลพยาธิวิทยาโดยการตัดเนื้อเยื่อในปอดและตรวจ ตรวสสอบ lymphocyte blast–transformation และตรวจระยะเวลาที่อยู่กับเบริลเลียม
เบริลเลียมนิยมใช้เป็นสารเร่งปฏิกิริยานิวเคลียร์ในระเบิดปรมณูจึงมีนักวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาระเบิดปรมณูหลายคนเสียชีวิตด้วยโรคเบริลเลียมเช่น นักฟิสิกส์สหรัฐอเมริกา Herbert L. Anderson ที่เกี่ยวข้องกับโครงการแมนฮัตตัน
ความสามารถการระเบิด.
เบริลเลียมมีชั้นออกไซด์ห่อหุ้มจึงเป็นโลหะที่ไม่ว่องไวต่อปฏิกิริยา แต่มีสมบัติที่เมื่อเกิดติดไฟแล้วจะเผาไหม้ได้อย่างรวดเร็วจึงมีความเสี่ยงต่อเกิดการระเบิดฝุ่นเมื่อมีผงเบริลเลียมกระจายในอากาศ
รายการอ้างอิง.
<templatestyles src="Reflist/styles.css" />