ベリリウム (Z=4): 優れた特性を持つ希少金属

発見と起源

ザベリリウム(記号 Be、原子番号 4) は、1798 年にフランスの化学者ルイ・ニコラ・ヴォークランによって鉱物ベリルとして同定されました。 1828 年、フリードリヒ ヴェーラーとアントワーヌ ビュッシーは独立して、塩化ベリリウムをカリウムで還元して純粋な金属を単離しました。名前の由来はギリシャ語ベリロス、グリーンベリル（エメラルドの変種）を指します。

重要なプロセスへのベリリウムの貢献

ベリリウムは生物にとって必須の微量元素ではありません。それは既知の生物学的プロセスには関与しておらず、有毒である可能性さえあります。生物組織におけるその存在は、一般に環境または産業上の暴露によるものです。 暴露の結果: 肺炎症、肝臓損傷、酵素阻害などのさまざまな毒性影響。重要な役割が認められていない。

原子構造

憲法：4 つの陽子、4 つの中性子 (安定同位体)、4 つの電子が 2 つの電子層 (1s² 2s²) に分布しています。
同位体:

• ⁹Be: 安定同位体 (100%、スピン 3/2)、NMR 分光法で使用される核構造。
• ¹⁰Be: 宇宙生成放射性同位体 (T₁/₂ ≈ 139 万年)、地球化学および大気トレーサー。

物理的性質

• スチールグレーの金属で、硬く、室温では脆い。
• モル質量: 9,012 g/mol
• 融点: 1560 K (1287 °C)
• 沸点: 2744 K (2471 °C)
• 密度: 1,848 g/cm3 (金属としては非常に低い)。
• 結晶構造: 六方最密充填 (hcp)。
• X線の吸収が少なく、熱伝導率が強い。

化学反応性

• 室温での酸化に耐性があり、不動態化酸化物 (BeO) の薄層の形成に耐えます。
• 熱水とはゆっくりと反応しますが、酸 (HCl、H₂SO₄) とはより早く反応します。
• イオン性および共有結合性化合物の形態: ベリレート、有機ベリリウムなど。
• 両性：酸性と塩基性の両方の性質を示します。

産業および技術用途

• 高性能合金 (ベリリウム銅) のコンポーネント: スプリング、電気接点、非火花工具。
• 軽さと剛性を備えた航空、宇宙、防衛分野の構造材料。
• X 線管窓、X 線および中性子透過コンポーネント。
• 原子炉内の減速材および反射材（高い中性子散乱力）。
• 寸法安定性により、精密光学機器（望遠鏡、衛星）に使用されます。

天体物理学と元素合成における役割

• 大気または星間物質中の炭素と酸素の核の宇宙破砕によって生成されます。
• トリプルアルファサイクルにおける核の不安定性のため、恒星核融合生成物には存在しません。
• 過去の宇宙活動のトレーサーとして特定の星で存在が検出されました (¹⁰Be 同位体)。

根本的な身体的問題

• 軽くて硬い原子核で構成され、強い核相互作用の研究に使用されます。
• 安定同位体⁹Be により、拡散実験や核模型実験が可能になります。
• アルファ粒子の吸収が低いため、検出器の物理学に役立ちます。
• 中性子発生装置（Be+α→C+n）のターゲットとして使用されます。