A berillium elem — Berillium atom

A berillium a periódusos rendszerben a Be jelű, 4-es atomszámú kémiai elem. A mérgező kétértékű elem, a berillium acélszürke, erős, könnyű, de törékeny, alkáliföldfém, amelyet elsősorban ötvözetekben (leginkább a berilliumrézben) keményítőanyagként használnak.

lítium – berillium – bór Be Mg
Általános
Név, Szimbólum, Szám	Berillium, Be, 4
Sorozat	Alkalikus földfémek
Csoport, Időszak, blokk	2 (IIA), 2, s
Sűrűség, keménység	1848 kg/m3, 5.5
megjelenés	fehér-szürke fémes
Atomi tulajdonságok
Atomsúly	9.01218 amu
Atomsugár	112 pm
Kovalens sugár	90 pm
van der Waals sugár	ismeretlen
Elektron konfiguráció	2s2
e- energiaszintenként	2, 2
Oxidációs állapotok (oxid)	2 (amfoter)
Kristályszerkezet	Hexagonális
fizikai tulajdonságok
anyagállapot	szilárd (diamágneses)
olvadáspont	1551.15 K
Folyáspont	3243.15 K
Moláris térfogat	4.85 ×10-6 m3/mol
Gőzölési hő	292,40 kJ/mol
Fúziós hő	12.20 kJ/mol
Gőznyomás	4180 Pa
Hangsebesség	13000 m/s
Egyéb
Elektronegativitás	1.57 (Pauling-skála)
Specifikus hőkapacitás	1825 J/kg*K
Elektromos vezetőképesség	31.3 106/m ohm
Hővezető képesség	201 W/m*K
1. ionizációs potenciál	899,5 kJ/mol
2. ionizációs potenciál	1757.1 kJ/mol
3. ionizációs potenciál	14848,7 kJ/mol
SI egységeket & STP használunk, kivéve ahol ez nincs feltüntetve.

A könnyűfémek közül a berilliumnak van az egyik legmagasabb olvadáspontja. A berillium rugalmassági modulusa körülbelül 1/3-ával nagyobb, mint az acélé. Kiváló hővezető képességgel rendelkezik, nem mágneses és ellenáll a tömény salétromsav támadásának. A röntgensugarakkal szemben nagymértékben áteresztő, és neutronok szabadulnak fel, amikor alfa-részecskék érik, például rádiumból vagy polóniumból (kb. 30 neutron/millió alfa-részecske). Normál hőmérsékleten és nyomáson a berillium ellenáll az oxidációnak, ha levegővel érintkezik (bár az üveg karcolására való képessége valószínűleg az oxid vékony rétegének kialakulásának köszönhető).

Alkalmazások

• A berilliumot ötvözetként használják a berilliumréz előállításához. (A be képes nagy mennyiségű hőt elnyelni.) A berillium-réz ötvözeteket sokféle alkalmazásban használják elektromos és hővezető képességük, nagy szilárdságuk és keménységük, nem mágneses tulajdonságaik, valamint jó korrózió- és fáradásállóságuk miatt. Ezek az alkalmazások közé tartoznak a következők: ponthegesztő elektródák, rugók, szikramentes szerszámok és elektromos érintkezők gyártása.
• Merevségük, kis súlyuk és széles hőmérséklettartományban való méretstabilitásuk miatt a tiszta berilliumfajtákat és az alumínium-berillium fémmátrixú kompozitokat a védelmi és űrkutatási iparban is használják könnyű szerkezeti anyagként nagysebességű repülőgépekben, rakétákban, űrjárművekben és kommunikációs műholdakban.
• Vékony berilliumfólia lapokat használnak röntgensugár-diagnosztikában, hogy kiszűrjék a látható fényt, és csak a röntgensugarakat lehessen érzékelni.
• A röntgenlitográfia területén a berilliumot mikroszkopikus integrált áramkörök reprodukálására használják.
• Mivel alacsony a termikus neutronelnyelési keresztmetszete, az atomenergetikai ipar ezt a fémet az atomreaktorokban neutronreflektorként és moderátorként használja.
• A berilliumot giroszkópok, különböző számítástechnikai berendezések, órarugók és műszerek gyártásánál is használják, ahol könnyű súlyra, merevségre és méretstabilitásra van szükség.
• A berillium-oxid számos olyan alkalmazásban hasznos, ahol kiváló hővezető, nagy szilárdságú és keménységű, nagyon magas olvadáspontú, elektromos szigetelőként működő anyagra van szükség.
• A berilliumvegyületeket egykor fénycsövekben használták, de ezt a felhasználást megszüntették, mert a csöveket gyártó munkások berilliózisban szenvedtek (lásd alább).

Történet

A berillium elnevezés a görög beryllos, berill szóból származik. Egy időben a berilliumot gluciniumnak (a görög glikisz, édes) nevezték, sóinak édes íze miatt. Ezt az elemet Louis Vauquelin fedezte fel 1798-ban a berillben és a smaragdban található oxidként. Friedrich Wöhler és A. A. Bussy 1828-ban egymástól függetlenül izolálta a fémet kálium berillium-kloriddal való reakciójával.

Előfordulása

A berillium 30 különböző ásványban fordul elő, amelyek közül a legfontosabbak a bertrandit, a berill, a krizoberill és a fenacit. A berill értékes formái az akvamarin és a smaragd. A berillium és vegyületeinek legfontosabb kereskedelmi forrásai a berill és a bertrandit. Jelenleg e fém előállítása nagyrészt a berillium-fluorid magnézium-fémmel történő redukciójával történik. A berilliumfém 1957-ig nem vált könnyen hozzáférhetővé.

Izotópok

Izotópok

A berilliumnak csak egy stabil izotópja van, a Be-9. A kozmogén berillium (Be-10) a légkörben keletkezik az oxigén és a nitrogén kozmikus sugárzás általi spallációjával. Mivel a berillium kb. 5,5-nél alacsonyabb pH-nál hajlamos oldatban létezni (és a legtöbb esővíz pH-ja 5-nél alacsonyabb), az esővízzel oldatba kerül és a Föld felszínére kerül. Ahogy a csapadék gyorsan lúgossá válik, a Be kiesik az oldatból. A kozmogén Be-10 így felhalmozódik a talaj felszínén, ahol viszonylag hosszú felezési ideje (1,5 millió év) hosszú tartózkodási időt tesz lehetővé, mielőtt B-10-re (bór) bomlana. A Be-10-et és leánytermékeit felhasználták a talajerózió, a regolitból való talajképződés, a laterites talajok kialakulásának, valamint a naptevékenység változásainak és a jégmagok korának vizsgálatára.

A tény, hogy a Be-7 és Be-8 instabil, mélyreható kozmológiai következményekkel jár, mivel ez azt jelenti, hogy a berilliumnál nehezebb elemek nem jöhettek létre magfúzióval az ősrobbanáskor. Ráadásul a berillium-8 atomenergiaszintje olyan, hogy a csillagokban szén keletkezhet, ami lehetővé teszi az életet. (Lásd tripla-alfa folyamat és az ősrobbanás nukleoszintézis).

Vigyázat

A berillium és sói mérgező anyagok és potenciálisan rákkeltők. A krónikus berilliózis a berilliumnak való kitettség által okozott tüdő- és szisztémás granulomatosus betegség. Az akut berilliumbetegséget kémiai tüdőgyulladás formájában először 1933-ban jelentették Európában és 1943-ban az Egyesült Államokban. A krónikus berilliózis eseteit először 1946-ban írták le a massachusettsi fénycsöveket gyártó üzemek dolgozói körében. A krónikus berilliózis sok tekintetben hasonlít a szarkoidózisra, és a differenciáldiagnózis gyakran nehéz.

Bár a berilliumvegyületek használatát a fénycsövekben 1949-ben megszüntették, a berilliumnak való kitettség lehetősége fennáll a nukleáris és a repülőgépiparban, valamint a berilliumfém finomítása és a berilliumtartalmú ötvözetek olvasztása, az elektronikus eszközök gyártása és más berilliumtartalmú anyagok kezelése során.

A korai kutatók megkóstolták a berillium és különböző vegyületeinek édességét, hogy meggyőződjenek a jelenlétéről. A modern diagnosztikai berendezések már nem teszik szükségessé ezt a rendkívül kockázatos eljárást, és nem szabad megkísérelni ennek az anyagnak a lenyelését. A berilliumot és vegyületeit nagy körültekintéssel kell kezelni, és különleges óvintézkedéseket kell tenni minden olyan tevékenység végzésekor, amely berilliumpor felszabadulásával járhat (a berilliummal terhelt pornak való tartós kitettség lehetséges következménye a tüdőrák).

Ez az anyag biztonságosan kezelhető, ha bizonyos eljárásokat betartanak. A helyes kezelési eljárások megismerése előtt nem szabad berilliummal dolgozni.

Egészségügyi hatások

A berillium káros lehet, ha belélegezzük. A hatások attól függnek, hogy milyen mennyiségnek és mennyi ideig vagyunk kitéve. Ha a berillium levegőben elég magas (1000 ¼g/m³-nél nagyobb), akut állapot alakulhat ki. Ez az állapot hasonlít a tüdőgyulladáshoz, és akut berilliumbetegségnek nevezik. A munkahelyi és a közösségi levegőre vonatkozó szabványok hatékonyan megakadályozzák a legtöbb akut tüdőkárosodást.

Néhány ember (1-15%) érzékennyé válik a berilliumra. Ezeknél az egyéneknél gyulladásos reakció alakulhat ki a légzőrendszerben. Ezt az állapotot krónikus berilliumbetegségnek (CBD) nevezik, és sok évvel a normálisnál magasabb (0,2 ¼g/m³-nél nagyobb) berilliumszintnek való kitettség után jelentkezhet. Ez a betegség gyengének és fáradtnak érezheti magát, és légzési nehézségeket okozhat. Étvágytalanságot, fogyást is eredményezhet, és előrehaladott esetben jobb oldali szívmegnagyobbodáshoz és szívbetegséghez is vezethet. Egyes berilliumra érzékeny embereknél előfordulhat, hogy semmilyen tünet nem jelentkezik. Az általános lakosság körében nem valószínű, hogy akut vagy krónikus berilliumbetegség alakul ki, mivel a környezeti levegő berilliumszintje általában nagyon alacsony (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

A berillium lenyelése a jelentések szerint nem okoz hatást az emberekben, mivel a berillium nagyon kis mértékben szívódik fel a gyomorból és a belekből. Fekélyeket láttak olyan kutyáknál, amelyek berilliumot vettek fel a táplálékkal. A berillium érintkezése a lekapart vagy megvágott bőrrel kiütéseket vagy fekélyeket okozhat.

A berilliumnak való hosszú távú kitettség növelheti a tüdőrák kialakulásának kockázatát az embereknél.

Az Egyesült Államok Egészségügyi és Emberi Szolgálatok Minisztériuma (DHHS) és a Nemzetközi Rákkutató Ügynökség (IARC) megállapította, hogy a berillium emberi rákkeltő. Az Egyesült Államok Környezetvédelmi Ügynöksége (EPA) megállapította, hogy a berillium valószínűsíthetően emberi rákkeltő. Az EPA becslése szerint a 0,04 ¼g/m³ berilliumnak való élethosszig tartó expozíció egy az ezerhez esélyt ad a rák kialakulására.

Nincsenek tanulmányok a berilliumnak kitett gyermekek egészségi hatásairól. Valószínű, hogy a berilliumnak kitett gyermekeknél tapasztalt egészségügyi hatások hasonlóak lesznek a felnőtteknél tapasztaltakhoz. Nem tudjuk, hogy a gyermekek különböznek-e a felnőttektől a berilliumra való fogékonyságukban.

Nem tudjuk, hogy a berilliumnak való expozíció születési rendellenességeket vagy egyéb fejlődési hatásokat eredményez-e az embereknél. Az állatokon végzett, a fejlődésre gyakorolt hatásokkal kapcsolatos vizsgálatok nem meggyőzőek.

A berillium mérhető a vizeletből és a vérből. A vérben vagy a vizeletben lévő berillium mennyisége nem feltétlenül jelzi, hogy Ön mennyire vagy nemrégiben volt kitéve az expozíciónak. A berillium szintje tüdő- és bőrmintákban is mérhető. Ezek a vizsgálatok általában nem állnak rendelkezésre az orvosi rendelőben, de orvosa elküldheti a mintákat egy olyan laboratóriumba, amely el tudja végezni a vizsgálatokat.

Egy másik vérvizsgálat, a vér berillium-limfocita proliferációs teszt (BeLPT) azonosítja a berillium-szenzibilizációt, és előrejelző értékkel bír a CBD tekintetében.

Az iparágak által a levegőbe kibocsátott berillium tipikus szintje 0,01 ¼g/m³ nagyságrendű, 30 napos időszak átlagában, vagy 2 ¼g/m³ a munkahelyi levegőben egy 8 órás műszakban.