鈹化合物

鈹化合物（beryllium compounds）一般無色，起氯化物和硫酸鹽易溶於水，氧化物、碳酸鹽和磷酸鹽難溶於水。氧化鈹和氫氧化鈹具有兩性，既溶於酸又溶於鹼。氧化鈹主要用於知趣鈹鹽和耐火材料。鈹化合物有高毒性，會使人中毒。

2017年10月27日，世界衛生組織國際癌症研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，鈹和鈹化合物在一類致癌物清單中。

基本介紹

• 中文名：鈹化合物
• 外文名：beryllium compounds
• 顏色：無色
• 溶解性：溶於酸又溶於鹼
• 毒性：高毒性

概述

鈹化合物一般無色，起氯化物和硫酸鹽易溶於水，氧化物、碳酸鹽和磷酸鹽難溶於水。氧化鈹和氫氧化鈹具有兩性，既溶於酸又溶於鹼。氧化鈹主要用於以知趣鈹鹽和耐火材料。鈹化合物有高毒性。可溶性鈹化合物（如BeCl₂、BeF₂、BeSO₄等）的毒性高於不溶性化合物。高分散度的粉塵、煙霧吸入後，初期使肺硬化，肺泡上皮組織變形，後期可發生惡性腫瘤。從事金屬鈹溶煉、鑄造、加工的人工吸入BeSO₄和BeF₂達1mg時即發生急性中毒。慢性中毒潛伏期約數周到10年以上，即使停止接觸，仍會發病。

鈹的化學性質

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。根據對角線規則，與元素周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。

硫酸鈹和硝酸鈹等鈹鹽溶液呈酸性，因為[Be(H₂O)₄]離子會進行水解反應：

[Be(H₂O)₄]+ H₂O[Be(H₂O)₃(OH)]+ H₃O

水解的產物還包括[Be₃(OH)₃(H₂O)₆]三聚體離子。氫氧化鈹（Be(OH)₂）屬於兩性化合物，可溶於強鹼溶液中，但不可溶於中性和酸性溶液中。

鈹可以和許多非金屬形成二元化合物，包括與氟、氯、溴和碘所形成的無水鹵化物。氟化鈹（BeF₂）的結構類似於二氧化矽，形成角與角相接的BeF₄四面體形。氯化鈹（BeCl₂）和溴化鈹（BeBr₂）具有鏈條狀結構，形成邊與邊相接的四面體形。氣態下的鹵化鈹形成線形單體分子結構。

氟化鈹（BeF₂）是比較特殊的二氟化物：其共價性質比其他鹼土金屬的氟化物強得多，但仍比其他鹵化鈹更接近離子化合物。它和二氧化矽（SiO₂）有許多相似之處。兩者都形成四面體配位結構，並會玻璃化。氟化鈹的室溫晶體結構和某些高溫結構都和石英相同。與其他鹼土金屬氟化物不同的是，氟化鈹易溶於水。由於氟化鈹具有部分共價鍵性質，所以它在水溶和熔融狀態下的電導率比假設它為完全離子化合物所得數值低得多。

氧化鈹（BeO）是一種白色耐火材料，晶體結構和硫化鋅相同，熱導率和某些金屬一樣高，屬於兩性化合物。Be(OH)₂經酸處理後，可製備各種鈹鹽。已知鈹鹽包括硫化鈹、硒化物和碲化物，它們都具有立方晶系結構。

氧化鈹玻璃的不規則結構

氮化鈹（Be₃N₂）是一種可以輕易水解的高熔點化合物。鈹也可以形成疊氮化鈹（BeN₆）。Be₃P₂的結構與Be₃N₂相似。鹼式硝酸鈹和鹼式醋酸鈹都具有四面體型結構，每箇中心氧離子與四個鈹原子配位。鈹有幾種已知的硼化物，如Be₅B、Be₄B、Be₂B、BeB₂、BeB₆和BeB₁₂。碳化鈹（Be₂C）是一種磚紅色耐火材料，和水反應後會產生甲烷。鈹沒有已知的矽化物。

鈹及鈹化合物的提取

鈹在高溫下對氧有很強的親和力，在去除表面氧化層後則會對水進行還原反應，因此從化合物中萃取出鈹並不容易。只有美國、中國和哈薩克斯坦有大規模的鈹萃取工業。

鈹一般從綠柱石提取，有用萃取劑燒結或熔化成可溶混合物兩種方法。用燒結法，首先綠柱石在770°C與氟矽酸鈉和鹼混合，形成氟鈹酸鈉和二氧化矽。把氟鈹酸鈉加入氫氧化鈉溶液，使氫氧化鈹沉澱出來。用熔融法，綠柱石須磨碎成粉，並加熱至1650°C。熔融物用水迅速降溫，再在硫酸中重新加熱至250到300°C，主要產生硫酸鈹和硫酸鋁。最後用氨水去除鋁和硫，留下氫氧化鈹。

從氫氧化鈹到鈹金屬也有兩種途徑。用第一種方法，對氫氧化鈹加入水溶氟化氫銨，使四氟鈹酸銨沉澱出來，沉澱物加熱至1000°C後即會形成氟化鈹。氟化鈹在900°C與鎂發生反應，形成鈹細粉，繼續加熱至1300°C之後可得出鈹金屬塊。用另一種方法，對氫氧化鈹加熱產生氧化鈹，再與碳和氯發生反應形成氯化鈹。氯化鈹經電解後即可得出鈹金屬。

鈹化合物的危害

人體內有大約35毫克的鈹，不足以造成傷害。鈹的化學性質和鎂相似，所以會在酶中取代鎂，破壞酶的功能。若在短時間內吸入大量或長期吸入少量的鈹粉塵，都會引致肺部和循環系統肉芽腫病，是為鈹中毒。鈹中毒的症狀可能在五年以後才開始出現，對三分之一病人致死，對其餘則致殘。國際癌症研究機構（IARC）將鈹和鈹化合物列為1類致癌物。美國職業安全與健康管理局（OSHA）為鈹設下了暴露限值為：時間加權平均值每30分鐘0.002mg/m，峰值0.025mg/m。美國國家職業安全衛生研究所（NIOSH）所建議的暴露限值為0.0005mg/m。鈹的立即威脅生命健康值（IDLH）為4mg/m。

歐洲和美國分別在1933年和1943年開始有鈹中毒所造成的化學性肺炎記錄。調查指出，在1949年美國有5%的螢光燈廠工人患有鈹相關的肺病。慢性鈹中毒在很多方面都和結節病相似，鑑別診斷較為困難。一些參與核武器研發的早期工人也因此病逝，如曼哈頓計畫成員赫伯特·安德森。

煤渣可以做研磨劑，用於磨去堅硬表面上的油漆和鐵銹。但煤渣含有鈹，所以鈹會在研磨過程中瀰漫在空氣之中，有吸入攝取的危險。

科學家在早期須辨嘗各種化合物，用味覺判斷鈹的存在，但這種危險性極高的做法已被現代儀器完全淘汰。吸入過多的含鈹飛塵會提高罹患肺癌的可能性，所以鈹和鈹化合物都須要小心處理，特別須避免產生飛塵。雖然鈹化合物自1949年已不再用於螢光燈管中，但在今天仍有一些可能攝取鈹的行業，包括：核工業、航空航天工業、鈹金屬的提煉與鈹合金產業、電子產品產業等等。

國際上已對在空氣中和各種表面上的鈹含量測量法標準達成共識（標準ASTM D7202）。方法先用稀釋氟化氫銨進行溶解，再與硫化羥基苯奎寧結合，最後用螢光檢測法檢測鈹的含量（含量越高則螢光亮度越高）。此方法的靈敏度為工作場所鈹含量建議值的100倍，可在各種表面上探測微量的耐火氧化鈹和矽質鈹（標準ASTM D7458）。