Grundstoffet beryllium — Beryllium Atom

Beryllium er et kemisk grundstof i det periodiske system, der har symbolet Be og atomnummer 4. Beryllium er et giftigt bivalent grundstof og er et stålgråt, stærkt, letvægtigt, men sprødt, alkalisk jordarmetal, der primært anvendes som hærdningsmiddel i legeringer (især beryllium kobber).

lithium – beryllium – bor Be Mg
Allmentarisk
Navn, Symbol, Nummer	Beryllium, Be, 4
Serie	Alkaline jordarters metaller
Gruppe, Periode, Blok	2 (IIA), 2, s
Densitet, Hårdhed	1848 kg/m3, 5.5
Udseende	hvidgrå metallic
Atomare egenskaber
Atomvægt	9.01218 amu
Atomradius	112 pm
Kovalent radius	90 pm
van der Waals-radius	ukendt
Elektronkonfiguration	2s2
e- ‘s pr. energiniveau	2, 2
Oxidationstilstande (oxid)	2 (amfoterisk)
Krystalstruktur	Hexagonalt
Fysiske egenskaber
Materietilstand	fast (diamagnetisk)
Smeltningspunkt	1551.15 K
Skogningspunkt	3243.15 K
Molart volumen	4.85 ×10-6 m3/mol
fordampningsvarme	292,40 kJ/mol
	Fusionsvarme	12.20 kJ/mol
Damptryk	4180 Pa
Lydhastighed	13000 m/s
Diskret
Elektronegativitet	1.57 (Pauling-skalaen)
Specifik varmekapacitet	1825 J/kg*K
Elektrisk ledningsevne	31.3 106/m ohm
Termisk ledningsevne	201 W/m*K
	1. ioniseringspotentiale	899,5 kJ/mol
2. ioniseringspotentiale	1757.1 kJ/mol
3. ioniseringspotentiale	14848,7 kJ/mol
SI-enheder & STP anvendes, medmindre andet er angivet.

Beryllium har et af de højeste smeltepunkter blandt de lette metaller. Elasticitetsmodulet for beryllium er ca. 1/3 større end for stål. Det har en fremragende varmeledningsevne, er umagnetisk og modstår angreb fra koncentreret salpetersyre. Det er meget gennemtrængeligt for røntgenstråler, og der frigøres neutroner, når det rammes af alfapartikler, som fra radium eller polonium (ca. 30 neutroner/million alfapartikler). Ved standardtemperatur og -tryk modstår beryllium oxidation, når det udsættes for luft (selv om dets evne til at ridse glas sandsynligvis skyldes dannelsen af et tyndt lag af oxiden).

Anvendelser

• Beryllium anvendes som legeringsmiddel ved fremstilling af berylliumkobber. (Be har evnen til at absorbere store mængder varme.) Beryllium-kobberlegeringer anvendes i en lang række forskellige applikationer på grund af deres elektriske og termiske ledningsevne, høje styrke og hårdhed, umagnetiske egenskaber samt gode korrosions- og træthedsbestandighed. Disse anvendelser omfatter bl.a. fremstilling af punktsvejseelektroder, fjedre, gnistfrit værktøj og elektriske kontakter.
• På grund af deres stivhed, lette vægt og dimensionsstabilitet over et bredt temperaturområde anvendes rene berylliumkvaliteter og aluminium-beryllium-metalmatrixkompositter også i forsvars- og rumfartsindustrien som lette strukturelle materialer i højhastighedsfly, missiler, rumfartøjer og kommunikationssatellitter.
• Tynde plader af berylliumfolie anvendes i forbindelse med røntgendiagnostik til at filtrere synligt lys fra, så kun røntgenstråler kan detekteres.
• Med hensyn til røntgenlitografi anvendes beryllium til reproduktion af mikroskopiske integrerede kredsløb.
• Da det har et lavt termisk neutronabsorptionstværsnit, bruger kernekraftindustrien dette metal i atomreaktorer som neutronreflektor og moderator.
• Beryllium anvendes også til fremstilling af gyroskoper, forskelligt computerudstyr, urfjedre og instrumenter, hvor der er behov for letvægt, stivhed og dimensionsstabilitet.
• Berylliumoxid er nyttigt til mange anvendelser, der kræver en fremragende varmeleder, med høj styrke og hårdhed, med et meget højt smeltepunkt, og som fungerer som elektrisk isolator.
• Berylliumforbindelser blev engang anvendt i lysstofrør, men denne anvendelse blev indstillet på grund af berylliose hos de arbejdere, der fremstillede rørene (se nedenfor).

Historie

Navnet beryllium kommer af det græske beryllos, beryl. På et tidspunkt blev beryllium omtalt som glucinium (fra græsk glykys, sød) på grund af den søde smag af dets salte. Dette grundstof blev opdaget af Louis Vauquelin i 1798 som oxid i beryl og smaragder. Friedrich Wöhler og A. A. Bussy isolerede uafhængigt af hinanden metallet i 1828 ved at lade kalium reagere på berylliumklorid.

Forekomst

Beryllium findes i 30 forskellige mineraler, hvoraf de vigtigste er bertrandit, beryl, chrysoberyl og phenacit. Ædle former af beryl er akvamarin og smaragd. De vigtigste kommercielle kilder til beryllium og dets forbindelser er beryl og bertrandit. I øjeblikket sker den største del af produktionen af dette metal ved at reducere berylliumfluorid med magnesiummetal. Berylliummetal blev ikke let tilgængeligt før 1957.

Isolering

Isotoper

Beryllium har kun én stabil isotop, Be-9. Kosmogen beryllium (Be-10) produceres i atmosfæren ved kosmisk stråles spallation af ilt og nitrogen i atmosfæren. Da beryllium har tendens til at eksistere i opløsning ved pH-niveauer på under ca. 5,5 (og det meste regnvand har en pH-værdi på under 5), vil det gå i opløsning og blive transporteret til jordens overflade via regnvand. Når nedbørsmængden hurtigt bliver mere basisk, falder Be ud af opløsningen. Kosmogen Be-10 ophobes derved ved jordoverfladen, hvor dets relativt lange halveringstid (1,5 millioner år) giver mulighed for en lang opholdstid, inden det henfalder til B-10 (bor). Be-10 og dets datterprodukter er blevet brugt til at undersøge jorderosion, jordbundsdannelse fra regolit, udviklingen af lateritisk jord samt variationer i solaktivitet og iskerners alder.

Den kendsgerning, at Be-7 og Be-8 er ustabile, har store kosmologiske konsekvenser, da det betyder, at grundstoffer, der er tungere end beryllium, ikke kunne dannes ved kernefusion i big bang. Desuden er beryllium-8’s kerneenerginiveauer af en sådan art, at der kan dannes kulstof i stjerner, hvilket gør liv muligt. (Se triple-alfa-processen og big bang-nukleosyntese).

Forholdsregler

Beryllium og dets salte er giftige stoffer og potentielt kræftfremkaldende. Kronisk berylliose er en pulmonal og systemisk granulomatøs sygdom forårsaget af udsættelse for beryllium. Akut berylliumsygdom i form af kemisk pneumonitis blev første gang rapporteret i Europa i 1933 og i USA i 1943. Tilfælde af kronisk berylliose blev første gang beskrevet i 1946 blandt arbejdere på fabrikker, der fremstillede lysstofrør i Massachusetts. Kronisk berylliose ligner sarkoidose i mange henseender, og differentialdiagnosen er ofte vanskelig.

Selv om brugen af berylliumforbindelser i lysstofrør blev indstillet i 1949, er der mulighed for udsættelse for beryllium i atom- og luftfartsindustrien og ved raffinering af berylliummetal og smeltning af berylliumholdige legeringer, fremstilling af elektronisk udstyr og håndtering af andre berylliumholdige materialer.

Første forskere smagte beryllium og dets forskellige forbindelser for sødme for at verificere dets tilstedeværelse. Moderne diagnostisk udstyr gør ikke længere denne meget risikable procedure nødvendig, og der bør ikke gøres forsøg på at indtage dette stof. Beryllium og dets forbindelser bør håndteres med stor forsigtighed, og der skal træffes særlige forholdsregler ved udførelse af enhver aktivitet, der kan medføre frigivelse af berylliumstøv (lungekræft er et muligt resultat af længere tids udsættelse for berylliumbelastet støv).

Dette stof kan håndteres sikkert, hvis visse procedurer følges. Der bør ikke forsøges at arbejde med beryllium, før man har gjort sig bekendt med de korrekte håndteringsprocedurer.

Sundhedsmæssige virkninger

Beryllium kan være skadeligt, hvis man indånder det. Virkningerne afhænger af, hvor meget du bliver udsat for og hvor længe. Hvis berylliumluftniveauet er højt nok (mere end 1000 ¼g/m³), kan der opstå en akut tilstand. Denne tilstand ligner lungebetændelse og kaldes akut berylliumsygdom. Arbejds- og samfundsmæssige luftstandarder er effektive til at forebygge de fleste akutte lungeskader.

Nogle mennesker (1-15 %) bliver følsomme over for beryllium. Disse personer kan udvikle en inflammatorisk reaktion i åndedrætssystemet. Denne tilstand kaldes kronisk berylliumsygdom (CBD) og kan opstå mange år efter eksponering for højere end normale niveauer af beryllium (over 0,2 ¼g/m³). Denne sygdom kan få dig til at føle dig svag og træt og kan medføre åndedrætsbesvær. Den kan også resultere i anoreksi, vægttab og kan også føre til forstørrelse af højre side af hjertet og hjertesygdom i fremskredne tilfælde. Nogle mennesker, der er sensibiliseret over for beryllium, har måske ingen symptomer. Det er usandsynligt, at den almindelige befolkning udvikler akut eller kronisk berylliumsygdom, fordi luftniveauet af beryllium i luften normalt er meget lavt (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

Slugning af beryllium er ikke blevet rapporteret som årsag til virkninger hos mennesker, fordi meget lidt beryllium optages fra mave og tarme. Der er set mavesår hos hunde, der har indtaget beryllium i foderet. Berylliumkontakt med hud, der er blevet skrabet eller skåret, kan forårsage udslæt eller sår.

Langvarig udsættelse for beryllium kan øge risikoen for udvikling af lungekræft hos mennesker.

Det amerikanske Department of Health and Human Services (DHHS) og det internationale agentur for kræftforskning (IARC) har fastslået, at beryllium er kræftfremkaldende for mennesker. Det amerikanske miljøbeskyttelsesagentur (EPA) har fastslået, at beryllium er et sandsynligt kræftfremkaldende stof for mennesker. EPA har anslået, at livslang udsættelse for 0,04 ¼g/m³ beryllium kan medføre en risiko på 1 ud af 1 000 for at udvikle kræft.

Der findes ingen undersøgelser af de sundhedsmæssige virkninger af børn, der udsættes for beryllium. Det er sandsynligt, at de sundhedsmæssige virkninger, der ses hos børn, der udsættes for beryllium, vil være de samme som de virkninger, der ses hos voksne. Vi ved ikke, om børn adskiller sig fra voksne med hensyn til deres modtagelighed for beryllium.

Vi ved ikke, om udsættelse for beryllium vil resultere i fødselsdefekter eller andre udviklingsmæssige virkninger hos mennesker. Undersøgelserne af udviklingseffekter hos dyr er ikke entydige.

Beryllium kan måles i urin og blod. Mængden af beryllium i blodet eller urinen viser muligvis ikke, hvor meget eller for hvor kort tid siden du har været udsat for beryllium. Berylliumniveauet kan også måles i lunge- og hudprøver. Disse tests er normalt ikke tilgængelige på din læges kontor, men din læge kan sende prøverne til et laboratorium, der kan udføre testene.

En anden blodtest, blodberyllium lymfocytproliferationstest (BeLPT), identificerer berylliumsensibilisering og har prædiktiv værdi for CBD.

Typiske niveauer af beryllium, som industrier kan frigive til luften, er i størrelsesordenen 0,01 ¼g/m³, som gennemsnit over en 30-dages periode, eller 2 ¼g/m³ af arbejdsrumsluften i et 8-timers arbejdspas.