L’élément béryllium — Atome de béryllium
Le béryllium est un élément chimique du tableau périodique qui a pour symbole Be et pour numéro atomique 4. Élément bivalent toxique, le béryllium est un métal alcalino-terreux gris acier, fort, léger mais fragile, qui est principalement utilisé comme agent durcisseur dans les alliages (plus particulièrement, le cuivre au béryllium).
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lithium – béryllium – bore Be
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| Général | |
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| Nom, Symbole, Numéro | Béryllium, Be, 4 |
| Série | Métaux alcalino-terreux |
| Groupe, Période, Bloc | 2 (IIA), 2, s |
| Densité, Dureté | 1848 kg/m3, 5.5 |
| Apparence | blanc-gris métallique |
| Propriétés atomiques | |
| Poids atomique | 9.01218 amu |
| Rayon atomique | 112 pm |
| Rayon covalent | 90 pm |
| Rayon de van der Waals | inconnu |
| Configuration des électrons | 2s2 |
| e- par niveau d’énergie | 2, 2 |
| Etats d’oxydation (oxyde) | 2 (amphotère) |
| Structure cristalline | Hexagonale |
| Propriétés physiques | |
| État de la matière | solide (diamagnétique) |
| Point de fusion | 1551.15 K |
| Point d’ébullition | 3243,15 K |
| Volume molaire | 4.85 ×10-6 m3/mol |
| Chaleur de vaporisation | 292,40 kJ/mol |
| Chaleur de fusion | 12.20 kJ/mol |
| Pression de vapeur | 4180 Pa |
| Vitesse du son | 13000 m/s |
| Divers | |
| Electronégativité | 1.57 (échelle de Pauling) |
| Capacité thermique spécifique | 1825 J/kg*K |
| Conductivité électrique | 31.3 106/m ohm |
| Conductivité thermique | 201 W/m*K |
| 1er potentiel d’ionisation | 899,5 kJ/mol |
| 2ème potentiel d’ionisation | 1757.1 kJ/mol |
| 3ème potentiel d’ionisation | 14848,7 kJ/mol |
| Les unités SI & STP sont utilisées sauf lorsque cela est indiqué. | |
Le béryllium a l’un des points de fusion les plus élevés des métaux légers. Le module d’élasticité du béryllium est environ 1/3 supérieur à celui de l’acier. Il possède une excellente conductivité thermique, est non magnétique et résiste à l’attaque de l’acide nitrique concentré. Il est très perméable aux rayons X, et des neutrons sont libérés lorsqu’il est touché par des particules alpha, comme celles du radium ou du polonium (environ 30 neutrons/million de particules alpha). A température et pressions standard, le béryllium résiste à l’oxydation lorsqu’il est exposé à l’air (bien que sa capacité à rayer le verre soit probablement due à la formation d’une fine couche d’oxyde).
Applications
- Le béryllium est utilisé comme agent d’alliage dans la production de cuivre au béryllium. (Le be a la capacité d’absorber de grandes quantités de chaleur.) Les alliages béryllium-cuivre sont utilisés dans une grande variété d’applications en raison de leur conductivité électrique et thermique, de leur résistance et de leur dureté élevées, de leurs propriétés non magnétiques, ainsi que de leur bonne résistance à la corrosion et à la fatigue. Ces applications comprennent la fabrication de : électrodes de soudage par points, ressorts, outils sans étincelles et contacts électriques.
- En raison de leur rigidité, de leur légèreté et de leur stabilité dimensionnelle dans une large gamme de températures, les qualités de béryllium pur et les composites à matrice métallique aluminium-béryllium sont également utilisés dans les industries de la défense et de l’aérospatiale comme matériaux structurels légers dans les avions à grande vitesse, les missiles, les véhicules spatiaux et les satellites de communication.
- Des feuilles minces de béryllium sont utilisées avec des diagnostics de détection de rayons X pour filtrer la lumière visible et permettre aux seuls rayons X d’être détectés.
- Dans le domaine de la lithographie aux rayons X, le béryllium est utilisé pour la reproduction de circuits intégrés microscopiques.
- Parce qu’il a une faible section d’absorption des neutrons thermiques, l’industrie nucléaire utilise ce métal dans les réacteurs nucléaires comme réflecteur et modérateur de neutrons.
- Le béryllium est également utilisé dans la fabrication de gyroscopes, de divers équipements informatiques, de ressorts de montres et d’instruments où la légèreté, la rigidité et la stabilité dimensionnelle sont nécessaires.
- L’oxyde de béryllium est utile pour de nombreuses applications qui nécessitent un excellent conducteur de chaleur, avec une résistance et une dureté élevées, avec un point de fusion très élevé, et qui agit comme un isolant électrique.
- Les composés de béryllium étaient autrefois utilisés dans les tubes d’éclairage fluorescent, mais cette utilisation a été abandonnée en raison de la bérylliose chez les ouvriers qui fabriquaient les tubes (voir ci-dessous).
Histoire
Le nom béryllium vient du grec beryllos, béryl. À une époque, le béryllium était appelé glucinium (du grec glykys, doux), en raison du goût sucré de ses sels. Cet élément a été découvert par Louis Vauquelin en 1798 comme oxyde dans le béryl et dans les émeraudes. Friedrich Wöhler et A. A. Bussy isolèrent indépendamment le métal en 1828 en faisant réagir du potassium sur du chlorure de béryllium.
Occurrence
Le béryllium se trouve dans 30 minéraux différents, dont les plus importants sont la bertrandite, le béryl, le chrysobéryl et la phénacite. Les formes précieuses du béryl sont l’aigue-marine et l’émeraude. Les sources commerciales les plus importantes de béryllium et de ses composés sont le béryl et la bertrandite. Actuellement, la plupart de la production de ce métal est réalisée en réduisant le fluorure de béryllium avec du magnésium métallique. Le béryllium métal n’est devenu facilement disponible qu’en 1957.
Isolation
Isotopes
Le béryllium ne possède qu’un seul isotope stable, le Be-9. Le béryllium cosmogène (Be-10) est produit dans l’atmosphère par la spallation de l’oxygène et de l’azote par les rayons cosmiques. Comme le béryllium a tendance à exister en solution à des niveaux de pH inférieurs à environ 5,5 (et la plupart des eaux de pluie ont un pH inférieur à 5), il entrera en solution et sera transporté à la surface de la Terre par les eaux de pluie. Lorsque les précipitations deviennent rapidement plus alcalines, le Be tombe de la solution. Le Be-10 cosmogène s’accumule donc à la surface du sol, où sa demi-vie relativement longue (1,5 million d’années) lui permet de séjourner longtemps avant de se désintégrer en B-10 (bore). Le Be-10 et ses produits de filiation ont été utilisés pour examiner l’érosion des sols, la formation des sols à partir du régolithe, le développement des sols latéritiques, ainsi que les variations de l’activité solaire et l’âge des carottes de glace.
Le fait que le Be-7 et le Be-8 soient instables a de profondes conséquences cosmologiques car cela signifie que les éléments plus lourds que le béryllium n’ont pas pu être produits par fusion nucléaire lors du big bang. En outre, les niveaux d’énergie nucléaire du béryllium-8 sont tels que le carbone peut être produit dans les étoiles, rendant ainsi la vie possible. (Voir processus triple-alpha et nucléosynthèse du big bang).
Précautions
Minerai de béryllium
Le béryllium et ses sels sont des substances toxiques et potentiellement cancérigènes. La bérylliose chronique est une maladie granulomateuse pulmonaire et systémique causée par l’exposition au béryllium. La bérylliose aiguë sous forme de pneumopathie chimique a été signalée pour la première fois en Europe en 1933 et aux États-Unis en 1943. Des cas de bérylliose chronique ont été décrits pour la première fois en 1946 chez des travailleurs d’usines fabriquant des lampes fluorescentes dans le Massachusetts. La bérylliose chronique ressemble à la sarcoïdose à bien des égards, et le diagnostic différentiel est souvent difficile.
Bien que l’utilisation de composés de béryllium dans les tubes d’éclairage fluorescent ait été abandonnée en 1949, le potentiel d’exposition au béryllium existe dans les industries nucléaire et aérospatiale, ainsi que dans le raffinage du béryllium métal et la fusion d’alliages contenant du béryllium, la fabrication de dispositifs électroniques et la manipulation d’autres matériaux contenant du béryllium.
Les premiers chercheurs goûtaient le béryllium et ses différents composés pour leur goût sucré afin de vérifier sa présence. Les équipements de diagnostic modernes ne nécessitent plus cette procédure très risquée et il ne faut pas tenter d’ingérer cette substance. Le béryllium et ses composés doivent être manipulés avec beaucoup de précautions et des précautions particulières doivent être prises lors de toute activité qui pourrait entraîner le dégagement de poussière de béryllium (le cancer du poumon est un résultat possible d’une exposition prolongée à la poussière chargée de béryllium).
Cette substance peut être manipulée en toute sécurité si certaines procédures sont suivies. Il ne faut pas essayer de travailler avec du béryllium avant de se familiariser avec les procédures de manipulation correctes.
Effets sur la santé
Le béryllium peut être nocif si vous le respirez. Les effets dépendent de la quantité à laquelle vous êtes exposé et de la durée de l’exposition. Si les niveaux de béryllium dans l’air sont suffisamment élevés (supérieurs à 1000 ¼g/m³), il peut en résulter un état aigu. Cette affection ressemble à une pneumonie et est appelée bérylliose aiguë. Les normes de l’air professionnel et communautaire sont efficaces pour prévenir la plupart des dommages pulmonaires aigus.
Certaines personnes (1-15%) deviennent sensibles au béryllium. Ces personnes peuvent développer une réaction inflammatoire dans le système respiratoire. Cette affection est appelée maladie chronique du béryllium (MCB) et peut survenir plusieurs années après une exposition à des niveaux de béryllium supérieurs à la normale (plus de 0,2 ¼g/m³). Cette maladie peut provoquer une sensation de faiblesse et de fatigue, ainsi que des difficultés respiratoires. Elle peut également entraîner une anorexie, une perte de poids, et peut aussi conduire à une hypertrophie du côté droit du cœur et à une maladie cardiaque dans les cas avancés. Certaines personnes sensibilisées au béryllium peuvent ne présenter aucun symptôme. Il est peu probable que la population générale développe une maladie aiguë ou chronique du béryllium car les niveaux de béryllium dans l’air ambiant sont normalement très faibles (0,00003-0,0002 ¼g/m³).
Avaler du béryllium n’a pas été signalé comme ayant des effets chez l’homme car très peu de béryllium est absorbé par l’estomac et les intestins. Des ulcères ont été observés chez des chiens ingérant du béryllium dans leur alimentation. Le contact du béryllium avec la peau qui a été grattée ou coupée peut provoquer des éruptions cutanées ou des ulcères.
L’exposition à long terme au béryllium peut augmenter le risque de développer un cancer du poumon chez les personnes.
Le Département de la santé et des services sociaux des États-Unis (DHHS) et le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC) ont déterminé que le béryllium est un agent cancérigène pour les humains. L’Agence de protection de l’environnement des États-Unis (EPA) a déterminé que le béryllium est un cancérogène probable pour l’homme. L’EPA a estimé qu’une exposition à vie à 0,04 ¼g/m³ de béryllium peut entraîner une chance sur mille de développer un cancer.
Il n’existe aucune étude sur les effets sur la santé des enfants exposés au béryllium. Il est probable que les effets sur la santé observés chez les enfants exposés au béryllium soient similaires à ceux observés chez les adultes. Nous ne savons pas si les enfants diffèrent des adultes dans leur sensibilité au béryllium.
Nous ne savons pas si l’exposition au béryllium entraînera des malformations congénitales ou d’autres effets sur le développement des personnes. Les études sur les effets sur le développement chez les animaux ne sont pas concluantes.
Le béryllium peut être mesuré dans l’urine et le sang. La quantité de béryllium dans le sang ou l’urine peut ne pas indiquer à quel point ou récemment vous avez été exposé. Les niveaux de béryllium peuvent également être mesurés dans des échantillons de poumons et de peau. Ces tests ne sont généralement pas disponibles au cabinet de votre médecin, mais celui-ci peut envoyer les échantillons à un laboratoire qui peut les réaliser.
Un autre test sanguin, le test de prolifération lymphocytaire au béryllium dans le sang (BeLPT), identifie la sensibilisation au béryllium et a une valeur prédictive pour le CBD.
Les niveaux typiques de béryllium que les industries peuvent rejeter dans l’air sont de l’ordre de 0,01 ¼g/m³, en moyenne sur une période de 30 jours, ou de 2 ¼g/m³ de l’air de la salle de travail pour un poste de travail de 8 heures.
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