L’elemento berillio — Atomo di berillio

Il berillio è un elemento chimico della tavola periodica che ha il simbolo Be e il numero atomico 4. Elemento bivalente tossico, il berillio è un metallo alcalino-terroso grigio acciaio, forte, leggero ma fragile, che viene usato principalmente come agente indurente nelle leghe (in particolare, il rame berillio).

litio – berillio – boro Be Mg
Generale
Nome, Simbolo, Numero	Beryllium, Be, 4
Serie	Metalli alcalini terrestri
Gruppo, Periodo, Blocco	2 (IIA), 2, s
Densità, Durezza	1848 kg/m3, 5.5
Apparenza	bianco-grigio metallico
Proprietà atomiche
Peso atomico	9.01218 amu
Raggio atomico	112 pm
Raggio covalente	90 pm
Raggio di Van der Waals	ignoto
Configurazione degli elettroni	2s2
e- per livello energetico	2, 2
Stati di ossidazione (ossido)	2 (anfotero)
Struttura del cristallo	Esagonale
Proprietà fisiche
Stato della materia	solido (diamagnetico)
Punto di fusione	1551.15 K
Punto di ebollizione	3243.15 K
Volume molare	4.85 ×10-6 m3/mol
Calore di vaporizzazione	292,40 kJ/mol
Calore di fusione	12.20 kJ/mol
Pressione di vapore	4180 Pa
Velocità del suono	13000 m/s
Varie
Elettronegatività	1.57 (scala Pauling)
Capacità termica specifica	1825 J/kg*K
Conducibilità elettrica	31.3 106/m ohm
Conducibilità termica	201 W/m*K
1° potenziale di ionizzazione	899.5 kJ/mol
2° potenziale di ionizzazione	1757.1 kJ/mol
3° potenziale di ionizzazione	14848.7 kJ/mol
Sono usate unità & STP tranne dove indicato.

Il berillio ha uno dei punti di fusione più alti dei metalli leggeri. Il modulo di elasticità del berillio è circa 1/3 superiore a quello dell’acciaio. Ha un’eccellente conducibilità termica, non è magnetico e resiste all’attacco dell’acido nitrico concentrato. È altamente permeabile ai raggi X, e i neutroni sono liberati quando è colpito da particelle alfa, come da radio o polonio (circa 30 neutroni/milione di particelle alfa). A temperatura e pressioni standard il berillio resiste all’ossidazione quando esposto all’aria (anche se la sua capacità di graffiare il vetro è probabilmente dovuta alla formazione di un sottile strato di ossido).

Applicazioni

• Il berillio è usato come agente legante nella produzione di rame berillio. (Le leghe berillio-rame sono utilizzate in un’ampia varietà di applicazioni a causa della loro conduttività elettrica e termica, alta resistenza e durezza, proprietà non magnetiche, insieme a una buona resistenza alla corrosione e alla fatica. Queste applicazioni includono la fabbricazione di: elettrodi per la saldatura a punti, molle, utensili non scintillanti e contatti elettrici.
• Grazie alla loro rigidità, leggerezza e stabilità dimensionale in un’ampia gamma di temperature, i gradi di berillio puro e i compositi a matrice metallica alluminio-berillio sono utilizzati anche nelle industrie della difesa e aerospaziali come materiali strutturali leggeri in aerei ad alta velocità, missili, veicoli spaziali e satelliti di comunicazione.
• Sottili fogli di berillio sono usati nella diagnostica di rilevamento dei raggi X per filtrare la luce visibile e consentire solo i raggi X da rilevare.
• Nel campo della litografia a raggi X il berillio viene utilizzato per la riproduzione di circuiti integrati microscopici.
• Perché ha una bassa sezione trasversale di assorbimento dei neutroni termici, l’industria nucleare usa questo metallo nei reattori nucleari come riflettore e moderatore di neutroni.
• Il berillio è anche usato nella fabbricazione di giroscopi, varie apparecchiature informatiche, molle per orologi e strumenti dove sono necessari leggerezza, rigidità e stabilità dimensionale.
• L’ossido di berillio è utile per molte applicazioni che richiedono un eccellente conduttore di calore, con alta resistenza e durezza, con un punto di fusione molto alto, e che agisce come isolante elettrico.
• I composti di berillio erano una volta usati nei tubi di illuminazione fluorescente, ma questo uso è stato interrotto a causa della berilliosi nei lavoratori che producevano i tubi (vedi sotto).

Storia

Il nome berillio deriva dal greco beryllos, berillo. Un tempo il berillio era chiamato glucinio (dal greco glykys, dolce), a causa del sapore dolce dei suoi sali. Questo elemento fu scoperto da Louis Vauquelin nel 1798 come ossido nel berillo e negli smeraldi. Friedrich Wöhler e A. A. Bussy isolarono indipendentemente il metallo nel 1828 facendo reagire il potassio sul cloruro di berillio.

Eccursione

Il berillio si trova in 30 minerali differenti, i più importanti dei quali sono bertrandite, berillo, crisoberillo e fenacite. Forme preziose di berillo sono l’acquamarina e lo smeraldo. Le fonti commerciali più importanti di berillio e dei suoi composti sono berillo e bertrandite. Attualmente, la maggior parte della produzione di questo metallo è realizzata riducendo il fluoruro di berillio con il magnesio metallico. Il berillio metallico non è diventato facilmente disponibile fino al 1957.

Isolamento

Isotopi

Il berillio ha soltanto un isotopo stabile, Be-9. Il berillio cosmogenico (Be-10) è prodotto nell’atmosfera dalla spallazione dei raggi cosmici di ossigeno e azoto. Poiché il berillio tende ad esistere in soluzione a livelli di pH inferiori a circa 5.5 (e la maggior parte dell’acqua piovana ha un pH inferiore a 5), entrerà in soluzione e sarà trasportato alla superficie terrestre attraverso l’acqua piovana. Quando la precipitazione diventa rapidamente più alcalina, il Be esce dalla soluzione. Il Be-10 cosmogenico si accumula quindi alla superficie del suolo, dove la sua emivita relativamente lunga (1,5 milioni di anni) permette un lungo tempo di permanenza prima di decadere in B-10 (boro). Il Be-10 e i suoi prodotti derivati sono stati utilizzati per esaminare l’erosione del suolo, la formazione del suolo dal regolite, lo sviluppo dei suoli lateritici, così come le variazioni dell’attività solare e l’età delle carote di ghiaccio.

Il fatto che il Be-7 e il Be-8 siano instabili ha profonde conseguenze cosmologiche, poiché significa che gli elementi più pesanti del berillio non potrebbero essere prodotti dalla fusione nucleare nel big bang. Inoltre, i livelli di energia nucleare del berillio-8 sono tali che il carbonio può essere prodotto all’interno delle stelle, rendendo così possibile la vita. (Vedi processo triplo-alfa e nucleosintesi del big bang).

Precauzioni

Il berillio e i suoi sali sono sostanze tossiche e potenzialmente cancerogene. La berilliosi cronica è una malattia granulomatosa polmonare e sistemica causata dall’esposizione al berillio. La malattia acuta da berillio sotto forma di polmonite chimica è stata segnalata per la prima volta in Europa nel 1933 e negli Stati Uniti nel 1943. Casi di berilliosi cronica sono stati descritti per la prima volta nel 1946 tra i lavoratori degli impianti di produzione di lampade fluorescenti nel Massachusetts. La berilliosi cronica assomiglia alla sarcoidosi in molti aspetti, e la diagnosi differenziale è spesso difficile.

Anche se l’uso di composti di berillio nei tubi di illuminazione fluorescente è stato interrotto nel 1949, il potenziale di esposizione al berillio esiste nell’industria nucleare e aerospaziale e nella raffinazione del berillio metallico e nella fusione di leghe contenenti berillio, nella produzione di dispositivi elettronici e nella manipolazione di altro materiale contenente berillio.

I primi ricercatori assaggiavano il berillio e i suoi vari composti per verificarne la presenza. Le moderne attrezzature diagnostiche non necessitano più di questa procedura altamente rischiosa e non si dovrebbe tentare di ingerire questa sostanza. Il berillio e i suoi composti devono essere maneggiati con grande attenzione e speciali precauzioni devono essere prese quando si svolge qualsiasi attività che potrebbe risultare nel rilascio di polvere di berillio (il cancro ai polmoni è un possibile risultato dell’esposizione prolungata a polvere carica di berillio).

Questa sostanza può essere maneggiata in sicurezza se si seguono certe procedure. Nessun tentativo dovrebbe essere fatto per lavorare con il berillio prima di aver familiarizzato con le corrette procedure di manipolazione.

Effetti sulla salute

Il berillio può essere dannoso se lo si respira. Gli effetti dipendono da quanto sei esposto e per quanto tempo. Se i livelli di berillio nell’aria sono abbastanza alti (più di 1000 ¼g/m³), può risultare una condizione acuta. Questa condizione assomiglia alla polmonite ed è chiamata malattia acuta da berillio. Gli standard professionali e comunitari dell’aria sono efficaci nel prevenire la maggior parte dei danni polmonari acuti.

Alcune persone (1-15%) diventano sensibili al berillio. Questi individui possono sviluppare una reazione infiammatoria nel sistema respiratorio. Questa condizione è chiamata malattia cronica da berillio (CBD), e può verificarsi molti anni dopo l’esposizione a livelli più alti del normale di berillio (maggiori di 0.2 ¼g/m³). Questa malattia può farvi sentire deboli e stanchi, e può causare difficoltà di respirazione. Può anche risultare in anoressia, perdita di peso e può anche portare all’allargamento del lato destro del cuore e a malattie cardiache nei casi avanzati. Alcune persone che sono sensibilizzate al berillio possono non avere sintomi. È improbabile che la popolazione generale sviluppi una malattia acuta o cronica da berillio perché i livelli di berillio nell’aria ambiente sono normalmente molto bassi (0.00003-0.0002 ¼g/m³).

Il berillio ingoiato non è stato segnalato per causare effetti negli esseri umani perché molto poco berillio è assorbito da stomaco e intestino. Ulcere sono state viste in cani che ingeriscono berillio nella dieta. Il contatto del berillio con la pelle che è stata raschiata o tagliata può causare eruzioni o ulcere.

L’esposizione a lungo termine al berillio può aumentare il rischio di sviluppare il cancro ai polmoni nelle persone.

Il dipartimento della salute e dei servizi umani degli Stati Uniti (DHHS) e l’agenzia internazionale per la ricerca sul cancro (IARC) hanno determinato che il berillio è un cancerogeno umano. L’agenzia di protezione ambientale degli Stati Uniti (EPA) ha determinato che il berillio è un probabile cancerogeno umano. L’EPA ha stimato che l’esposizione per tutta la vita a 0,04 ¼g/m³ di berillio può provocare una possibilità su mille di sviluppare il cancro.

Non ci sono studi sugli effetti sulla salute dei bambini esposti al berillio. È probabile che gli effetti sulla salute visti nei bambini esposti al berillio siano simili agli effetti visti negli adulti. Non sappiamo se i bambini differiscono dagli adulti nella loro suscettibilità al berillio.

Non sappiamo se l’esposizione al berillio provocherà difetti alla nascita o altri effetti sullo sviluppo nelle persone. Gli studi sugli effetti sullo sviluppo negli animali non sono conclusivi.

Il berillio può essere misurato nelle urine e nel sangue. La quantità di berillio nel sangue o nelle urine può non indicare quanto o quanto recentemente sei stato esposto. I livelli di berillio possono anche essere misurati in campioni di polmoni e pelle. Questi test non sono di solito disponibili presso l’ufficio del medico, ma il medico può inviare i campioni a un laboratorio che può eseguire i test.

Un altro esame del sangue, il test di proliferazione dei linfociti del berillio (BeLPT), identifica la sensibilizzazione al berillio e ha valore predittivo per la CBD.

I livelli tipici di berillio che le industrie possono rilasciare nell’aria sono dell’ordine di 0,01 ¼g/m³, in media su un periodo di 30 giorni, o di 2 ¼g/m³ di aria del locale di lavoro per un turno di 8 ore.