Elementul Beriliu — Atomul de Beriliu

Beriliul este un element chimic din tabelul periodic care are simbolul Be și numărul atomic 4. Element bivalent toxic, beriliul este un metal alcalino-pământos de culoare gri oțel, puternic, ușor, dar fragil, care este utilizat în principal ca agent de întărire în aliaje (mai ales în cupru beriliu).

.

.

litiu – beriliu – bor Be Mg
Generalități
Nume, Simbol, Număr	Beriliu, Be, 4
Serie	Metale alcalino-pământoase
Grupa, Perioadă, bloc	2 (IIA), 2, s
Densitate, duritate	1848 kg/m3, 5.5
Aparență	alb-cenușiu metalic
Proprietăți atomice
Greutate atomică	9.01218 amu
Razonul atomic	112 pm
Razonul covalent	90 pm
raza Van der Waals	necunoscută
Configurația electronilor	2s2
e- ‘s pe nivel energetic	2, 2
State de oxidare (oxid)	2 (amfoteric)
Structura cristalină	Exagonală
Proprietăți fizice
Stare a materiei	solid (diamagnetic)
Punctul de topire	1551.15 K
Punctul de fierbere	3243,15 K
Volumul molar	4.85 ×10-6 m3/mol
Căldura de vaporizare	292,40 kJ/mol
Căldura de fuziune	12.20 kJ/mol
Presiunea de vapori	4180 Pa
Viteza sunetului	13000 m/s
Diverse
Electronegativitatea	1.57 (scara Pauling)
Capacitatea termică specifică	1825 J/kg*K
Conductivitatea electrică	31.3 106 106/m ohm
Conductivitatea termică	201 W/m*K
1-lea potențial de ionizare	899,5 kJ/mol
2-lea potențial de ionizare	1757.1 kJ/mol
3-lea potențial de ionizare	14848,7 kJ/mol
Sunt folosite unitățile STI & STP, cu excepția cazurilor în care se menționează.

Beriliul are unul dintre cele mai înalte puncte de topire dintre metalele ușoare. Modulul de elasticitate al beriliului este cu aproximativ 1/3 mai mare decât cel al oțelului. Are o conductivitate termică excelentă, este nemagnetic și rezistă la atacul cu acid azotic concentrat. Este foarte permeabil la razele X, iar neutronii sunt eliberați atunci când este lovit de particule alfa, cum ar fi cele provenite de la radiu sau poloniu (aproximativ 30 de neutroni/milioane de particule alfa). La temperaturi și presiuni standard, beriliul rezistă la oxidare atunci când este expus la aer (deși capacitatea sa de a zgâria sticla se datorează probabil formării unui strat subțire de oxid).

Aplicații

• Beriliul este utilizat ca agent de aliere în producția de cupru beriliu. (Be are capacitatea de a absorbi cantități mari de căldură.) Aliajele de beriliu-cupru sunt utilizate într-o mare varietate de aplicații datorită conductivității electrice și termice, rezistenței și durității ridicate, proprietăților nemagnetice, împreună cu o bună rezistență la coroziune și oboseală. Aceste aplicații includ fabricarea de: electrozi de sudură prin puncte, arcuri, scule fără scântei și contacte electrice.
• Datorită rigidității, greutății reduse și stabilității dimensionale într-o gamă largă de temperaturi, calitățile de beriliu pur și compozitele cu matrice metalică de aluminiu-beriliu sunt, de asemenea, utilizate în industria de apărare și aerospațială ca materiale structurale ușoare în aeronave de mare viteză, rachete, vehicule spațiale și sateliți de comunicații.
• Foliile subțiri de folie de beriliu sunt utilizate cu ajutorul diagnosticelor de detecție cu raze X pentru a filtra lumina vizibilă și a permite detectarea doar a razelor X.
• În domeniul litografiei cu raze X, beriliul este utilizat pentru reproducerea circuitelor integrate microscopice.
• Pentru că are o secțiune transversală scăzută de absorbție a neutronilor termici, industria energetică nucleară utilizează acest metal în reactoarele nucleare ca reflector și moderator de neutroni.
• Beriliul este, de asemenea, utilizat la fabricarea giroscoapelor, a diferitelor echipamente informatice, a arcurilor de ceasuri și a instrumentelor în care sunt necesare greutate redusă, rigiditate și stabilitate dimensională.
• Oxidul de beriliu este util pentru multe aplicații care necesită un excelent conductor de căldură, cu rezistență și duritate ridicate, cu un punct de topire foarte ridicat și care acționează ca un izolator electric.
• Compușii de beriliu au fost folosiți cândva în tuburile de iluminat fluorescent, dar această utilizare a fost întreruptă din cauza beriliozei la muncitorii care fabricau tuburile (vezi mai jos).

Istorie

Numele de beriliu provine din grecescul beryllos, beril. La un moment dat, beriliul era denumit glucinium (de la grecescul glykys, dulce), datorită gustului dulce al sărurilor sale. Acest element a fost descoperit de Louis Vauquelin în 1798 sub formă de oxid în beriliu și în smaralde. Friedrich Wöhler și A. A. Bussy au izolat metalul în mod independent în 1828 prin reacția potasiului asupra clorurii de beriliu.

Ocurență

Beriliul se găsește în 30 de minerale diferite, dintre care cele mai importante sunt bertrandita, berilul, crizoberilul și fenacita. Formele prețioase de beriliu sunt acvamarinul și smaraldul. Cele mai importante surse comerciale de beriliu și de compuși ai acestuia sunt beriliul și bertrandita. În prezent, cea mai mare parte a producției acestui metal se realizează prin reducerea fluorurii de beriliu cu magneziu metalic. Beriliul metalic nu a devenit ușor de procurat până în 1957.

Isolarea

Izotopi

Beriliul are un singur izotop stabil, Be-9. Beriliul cosmogenic (Be-10) este produs în atmosferă prin spallația cu raze cosmice a oxigenului și azotului. Deoarece beriliul tinde să existe în soluție la niveluri de pH mai mici de aproximativ 5,5 (iar majoritatea apei de ploaie are un pH mai mic de 5), acesta va intra în soluție și va fi transportat la suprafața Pământului prin intermediul apei de ploaie. Pe măsură ce precipitațiile devin rapid mai alcaline, Be pică din soluție. Astfel, Be-10 cosmogenic se acumulează la suprafața solului, unde timpul său de înjumătățire relativ lung (1,5 milioane de ani) permite un timp de ședere lung înainte de a se dezintegra în B-10 (bor). Be-10 și produsele sale fiice au fost utilizate pentru a examina eroziunea solului, formarea solului din regolit, dezvoltarea solurilor lateritice, precum și variațiile în activitatea solară și vârsta nucleelor de gheață.

Faptul că Be-7 și Be-8 sunt instabile are consecințe cosmologice profunde, deoarece înseamnă că elementele mai grele decât beriliul nu au putut fi produse prin fuziune nucleară în big bang. Mai mult, nivelurile de energie nucleară ale beriliu-8 sunt de așa natură încât carbonul poate fi produs în interiorul stelelor, făcând astfel posibilă viața. (A se vedea procesul triplu-alfa și nucleosinteza din big bang).

Precauții

Beriliul și sărurile sale sunt substanțe toxice și potențial cancerigene. Berilioza cronică este o boală granulomatoasă pulmonară și sistemică cauzată de expunerea la beriliu. Boala acută a beriliului sub forma unei pneumonite chimice a fost raportată pentru prima dată în Europa în 1933 și în Statele Unite în 1943. Cazurile de berilioză cronică au fost descrise pentru prima dată în 1946 în rândul lucrătorilor din fabricile de lămpi fluorescente din Massachusetts. Berilioza cronică se aseamănă în multe privințe cu sarcoidoza, iar diagnosticul diferențial este adesea dificil.

Deși utilizarea compușilor de beriliu în tuburile de iluminat fluorescent a fost întreruptă în 1949, potențialul de expunere la beriliu există în industria nucleară și aerospațială, precum și în rafinarea beriliului metalic și topirea aliajelor care conțin beriliu, fabricarea dispozitivelor electronice și manipularea altor materiale care conțin beriliu.

Primarii cercetători au gustat beriliu și diverși compuși ai acestuia pentru dulceață, pentru a verifica prezența acestuia. Echipamentele moderne de diagnosticare nu mai necesită această procedură extrem de riscantă și nu ar trebui să se facă nicio încercare de ingerare a acestei substanțe. Beriliul și compușii săi trebuie manipulați cu mare atenție și trebuie luate măsuri speciale de precauție atunci când se desfășoară orice activitate care ar putea avea ca rezultat eliberarea de praf de beriliu (cancerul pulmonar este un rezultat posibil al expunerii prelungite la praf încărcat cu beriliu).

Această substanță poate fi manipulată în siguranță dacă se respectă anumite proceduri. Nu trebuie să se încerce să se lucreze cu beriliu înainte de familiarizarea cu procedurile corecte de manipulare.

Efecte asupra sănătății

Beriliul poate fi dăunător dacă îl respirați. Efectele depind de cantitatea la care sunteți expus și pentru cât timp. Dacă nivelurile de beriliu din aer sunt suficient de ridicate (mai mari de 1000 ¼g/m³), se poate produce o afecțiune acută. Această afecțiune seamănă cu pneumonia și se numește boală acută a beriliului. Standardele privind aerul la locul de muncă și în comunitate sunt eficiente în prevenirea majorității leziunilor pulmonare acute.

Câteva persoane (1-15%) devin sensibile la beriliu. Aceste persoane pot dezvolta o reacție inflamatorie la nivelul sistemului respirator. Această afecțiune se numește boală cronică a beriliului (CBD) și poate apărea la mulți ani după expunerea la niveluri de beriliu mai mari decât cele normale (mai mari de 0,2 ¼g/m³). Această boală vă poate face să vă simțiți slăbit și obosit și poate cauza dificultăți în respirație. De asemenea, poate duce la anorexie, pierdere în greutate și poate duce, de asemenea, la mărirea părții drepte a inimii și la boli de inimă în cazurile avansate. Este posibil ca unele persoane care sunt sensibilizate la beriliu să nu aibă niciun simptom. Este puțin probabil ca populația generală să dezvolte o boală acută sau cronică de beriliu, deoarece nivelurile de beriliu din aerul înconjurător sunt în mod normal foarte scăzute (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

Nu s-a raportat că înghițirea beriliului ar putea provoca efecte la om, deoarece foarte puțin beriliu este absorbit de stomac și intestine. Au fost observate ulcere la câinii care au ingerat beriliu în alimentație. Contactul beriliului cu pielea care a fost zgâriată sau tăiată poate provoca erupții cutanate sau ulcere.

Expunerea pe termen lung la beriliu poate crește riscul de apariție a cancerului pulmonar la oameni.

Departamentul de Sănătate și Servicii Umane al Statelor Unite (DHHS) și Agenția Internațională de Cercetare a Cancerului (IARC) au stabilit că beriliul este un carcinogen uman. Agenția pentru Protecția Mediului din SUA (EPA) a stabilit că beriliul este un carcinogen uman probabil. EPA a estimat că o expunere pe parcursul vieții la 0,04 ¼g/m³ de beriliu poate duce la o șansă la o mie de a dezvolta cancer.

Nu există studii privind efectele asupra sănătății copiilor expuși la beriliu. Este probabil că efectele asupra sănătății observate la copiii expuși la beriliu vor fi similare cu efectele observate la adulți. Nu știm dacă copiii diferă de adulți în ceea ce privește susceptibilitatea lor la beriliu.

Nu știm dacă expunerea la beriliu va avea ca rezultat defecte congenitale sau alte efecte asupra dezvoltării la oameni. Studiile privind efectele asupra dezvoltării la animale nu sunt concludente.

Beriliul poate fi măsurat în urină și sânge. Cantitatea de beriliu din sânge sau urină poate să nu indice cât de mult sau cât de recent ați fost expus. Nivelurile de beriliu pot fi, de asemenea, măsurate în probe de plămâni și piele. Aceste teste nu sunt de obicei disponibile la cabinetul medicului dumneavoastră, dar medicul dumneavoastră poate trimite probele la un laborator care poate efectua aceste teste.

Un alt test de sânge, testul de proliferare a limfocitelor de beriliu în sânge (BeLPT), identifică sensibilizarea la beriliu și are valoare predictivă pentru CBD.

Nivelurile tipice de beriliu pe care industriile le pot elibera în aer sunt de ordinul a 0,01 ¼g/m³, în medie pe o perioadă de 30 de zile, sau 2 ¼g/m³ de aer din încăperea de lucru pentru un schimb de lucru de 8 ore.

.