Grundämnet beryllium — Berylliumatom

Beryllium är ett kemiskt grundämne i det periodiska systemet med symbolen Be och atomnummer 4. Beryllium är ett giftigt tvåvärt grundämne och är en stålgrå, stark, lättviktig men spröd alkalisk jordartsmetall som främst används som härdare i legeringar (framför allt berylliumkoppar).

litium – beryllium – bor Be Mg
Allmänt
Namn, Symbol, Nummer	Beryllium, Be, 4
Serie	Alkaliska jordartsmetaller
Grupp, Period, Block	2 (IIA), 2, s
Densitet, Hårdhet	1848 kg/m3, 5.5
Utseende	vitgrå metallisk
Atomegenskaper
Atomvikt	9.01218 amu
Atomradie	112 pm
Kovalent radie	90 pm
van der Waals radie	okänd
Elektronkonfiguration	2s2
e- s per energinivå	2, 2
Oxidationstillstånd (oxid)	2 (amfoterisk)
Kristallstruktur	Hexagonal
Fysikaliska egenskaper
Materialtillstånd	fast (diamagnetisk)
Smältpunkt	1551.15 K
Kokpunkt	3243.15 K
Molär volym	4.85 ×10-6 m3/mol
Förångningsvärme	292,40 kJ/mol
Fusionsvärme	12.20 kJ/mol
Damptryck	4180 Pa
Ljudhastighet	13000 m/s
Det mesta
Elektronegativitet	1.57 (Pauling-skalan)
Specifik värmekapacitet	1825 J/kg*K
Elektrisk ledningsförmåga	31.3 106/m ohm
Thermisk ledningsförmåga	201 W/m*K
1:a joniseringspotential	899,5 kJ/mol
2:a joniseringspotential	1757.1 kJ/mol
3:e joniseringspotentialen	14848,7 kJ/mol
SI-enheter & STP används utom där det anges.

Beryllium har en av de högsta smältpunkterna bland lättmetallerna. Berylliums elasticitetsmodul är ungefär 1/3 större än stålets. Det har utmärkt värmeledningsförmåga, är icke-magnetiskt och motstår angrepp av koncentrerad salpetersyra. Det är mycket genomsläppligt för röntgenstrålar, och neutroner frigörs när det träffas av alfapartiklar från radium eller polonium (ca 30 neutroner/miljon alfapartiklar). Vid standardtemperatur och standardtryck motstår beryllium oxidation när det utsätts för luft (även om dess förmåga att repa glas troligen beror på bildandet av ett tunt skikt av oxiden).

Användningar

• Beryllium används som legeringsmedel vid tillverkning av berylliumkoppar. (Be har förmågan att absorbera stora mängder värme.) Beryllium-kopparlegeringar används i en mängd olika tillämpningar på grund av deras elektriska och termiska ledningsförmåga, höga hållfasthet och hårdhet, icke-magnetiska egenskaper tillsammans med god korrosions- och utmattningsbeständighet. Dessa tillämpningar omfattar tillverkning av punktsvetselektroder, fjädrar, gnistfria verktyg och elektriska kontakter.
• På grund av deras styvhet, låga vikt och dimensionsstabilitet över ett brett temperaturområde används rena berylliumkvaliteter och metallmatriskompositer av aluminium-beryllium även inom försvars- och rymdindustrin som lättviktiga konstruktionsmaterial i höghastighetsflygplan, missiler, rymdfarkoster och kommunikationssatelliter.
• Tunna skivor av berylliumfolie används med röntgendiagnostik för att filtrera bort synligt ljus så att endast röntgenstrålar kan upptäckas.
• Inom röntgenlitografi används beryllium för reproduktion av mikroskopiska integrerade kretsar.
• Eftersom den har ett lågt tvärsnitt för absorption av termiska neutroner använder kärnkraftsindustrin denna metall i kärnreaktorer som neutronreflektor och moderator.
• Beryllium används också vid tillverkning av gyroskop, olika datorutrustningar, klockfjädrar och instrument där lättvikt, styvhet och dimensionsstabilitet krävs.
• Berylliumoxid är användbar för många tillämpningar som kräver en utmärkt värmeledare, med hög hållfasthet och hårdhet, med en mycket hög smältpunkt och som fungerar som en elektrisk isolator.
• Berylliumföreningar användes en gång i lysrör för fluorescerande belysning, men denna användning upphörde på grund av beryllios hos de arbetare som tillverkade rören (se nedan).

Historia

Namnet beryllium kommer från grekiskans beryllos, beryll. En gång i tiden kallades beryllium för glucinium (från grekiskans glykys, söt), på grund av den söta smaken hos dess salter. Detta grundämne upptäcktes av Louis Vauquelin 1798 som oxid i beryll och i smaragder. Friedrich Wöhler och A. A. Bussy isolerade oberoende av varandra metallen 1828 genom att låta kalium reagera på berylliumklorid.

Förekomst

Beryllium finns i 30 olika mineraler, varav de viktigaste är bertrandit, beryl, krysoberyl och fenakit. Ädla former av beryl är akvamarin och smaragd. De viktigaste kommersiella källorna till beryllium och dess föreningar är beryl och bertrandit. För närvarande sker den mesta produktionen av denna metall genom reduktion av berylliumfluorid med magnesiummetall. Berylliummetall blev inte lätt tillgänglig förrän 1957.

Isolering

Isotoper

Beryllium har endast en stabil isotop, Be-9. Kosmogent beryllium (Be-10) produceras i atmosfären genom kosmisk strålspallation av syre och kväve. Eftersom beryllium tenderar att finnas i lösning vid pH-nivåer som är lägre än cirka 5,5 (och det mesta regnvattnet har ett pH-värde som är lägre än 5) kommer det att gå in i lösning och transporteras till jordytan via regnvatten. När nederbörden snabbt blir mer alkalisk, faller Be ur lösningen. Kosmogena Be-10 ackumuleras därmed vid markytan, där dess relativt långa halveringstid (1,5 miljoner år) ger en lång uppehållstid innan det sönderfaller till B-10 (bor). Be-10 och dess dotterprodukter har använts för att undersöka jorderosion, jordbildning från regolit, utvecklingen av lateritiska jordar samt variationer i solaktivitet och åldern på iskärnor.

Det faktum att Be-7 och Be-8 är instabila har djupgående kosmologiska konsekvenser eftersom det innebär att grundämnen som är tyngre än beryllium inte kunde produceras genom kärnfusion i big bang. Dessutom är kärnenerginivåerna för beryllium-8 sådana att kol kan produceras i stjärnor, vilket gör liv möjligt. (Se trippel-alfa-processen och big bang-nukleosyntesen).

Försiktighetsåtgärder

Beryllium och dess salter är giftiga ämnen och potentiellt cancerframkallande. Kronisk beryllios är en pulmonell och systemisk granulomatös sjukdom som orsakas av exponering för beryllium. Akut berylliumsjukdom i form av kemisk pneumonit rapporterades för första gången i Europa 1933 och i USA 1943. Fall av kronisk beryllios beskrevs första gången 1946 bland arbetare i fabriker som tillverkade lysrörslampor i Massachusetts. Kronisk beryllios liknar sarkoidos i många avseenden, och differentialdiagnosen är ofta svår.

Och även om användningen av berylliumföreningar i lysrör upphörde 1949, finns det en potential för exponering för beryllium inom kärnkraftsindustrin och flygindustrin samt vid raffinering av berylliummetall och smältning av berylliumhaltiga legeringar, tillverkning av elektronisk utrustning och hantering av annat berylliumhaltigt material.

Främre forskare smakade beryllium och dess olika föreningar för sötma för att verifiera dess förekomst. Modern diagnostisk utrustning kräver inte längre detta mycket riskfyllda förfarande och inga försök bör göras att inta detta ämne. Beryllium och dess föreningar bör hanteras med stor försiktighet och särskilda försiktighetsåtgärder måste vidtas vid all verksamhet som kan leda till att berylliumdamm frigörs (lungcancer är ett möjligt resultat av långvarig exponering för berylliumladdat damm).

Detta ämne kan hanteras på ett säkert sätt om vissa förfaranden följs. Inget försök bör göras att arbeta med beryllium innan man har bekantat sig med korrekta hanteringsrutiner.

Hälsoeffekter

Beryllium kan vara skadligt om man andas in det. Effekterna beror på hur mycket du utsätts för och hur länge. Om luftnivåerna av beryllium är tillräckligt höga (mer än 1000 ¼g/m³) kan ett akut tillstånd uppstå. Detta tillstånd liknar lunginflammation och kallas akut berylliumsjukdom. Yrkesmässiga och samhälleliga luftnormer är effektiva för att förhindra de flesta akuta lungskador.

En del människor (1-15 %) blir känsliga för beryllium. Dessa personer kan utveckla en inflammatorisk reaktion i andningsorganen. Detta tillstånd kallas kronisk berylliumsjukdom (CBD) och kan uppstå många år efter exponering för högre berylliumnivåer än normalt (mer än 0,2 ¼g/m³). Sjukdomen kan göra att du känner dig svag och trött och kan orsaka andningssvårigheter. Den kan också leda till anorexi, viktnedgång och kan även leda till högerhjärtats förstoring och hjärtsjukdom i avancerade fall. Vissa personer som är sensibiliserade för beryllium kan inte ha några symtom. Det är osannolikt att den allmänna befolkningen utvecklar akut eller kronisk berylliumsjukdom eftersom luftnivåerna av beryllium i luften normalt är mycket låga (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

Sväljning av beryllium har inte rapporterats orsaka effekter hos människor eftersom mycket lite beryllium absorberas från mage och tarmar. Sår har setts hos hundar som fått beryllium i födan. Berylliumkontakt med hud som har skrapats eller skurits kan orsaka utslag eller sår.

Långvarig exponering för beryllium kan öka risken för att utveckla lungcancer hos människor.

USA:s hälsoministerium (DHHS) och det internationella cancerforskningsinstitutet (IARC) har fastställt att beryllium är cancerframkallande för människor. Den amerikanska miljöskyddsbyrån (EPA) har fastställt att beryllium sannolikt är cancerframkallande för människor. EPA har uppskattat att livstidsexponering för 0,04 ¼g/m³ beryllium kan leda till en chans på tusen att utveckla cancer.

Det finns inga studier om hälsoeffekter hos barn som exponeras för beryllium. Det är troligt att de hälsoeffekter som ses hos barn som exponeras för beryllium kommer att likna de effekter som ses hos vuxna. Vi vet inte om barn skiljer sig från vuxna i sin känslighet för beryllium.

Vi vet inte om exponering för beryllium kommer att leda till fosterskador eller andra utvecklingseffekter hos människor. Studierna om utvecklingseffekter hos djur är inte entydiga.

Beryllium kan mätas i urin och blod. Mängden beryllium i blod eller urin visar kanske inte hur mycket eller hur nyligen du har exponerats. Berylliumnivåer kan också mätas i lung- och hudprover. Dessa tester finns vanligtvis inte tillgängliga på din läkarmottagning, men din läkare kan skicka proverna till ett laboratorium som kan utföra testerna.

Ett annat blodtest, blodberylliumlymfocytproliferationstestet (BeLPT), identifierar berylliumsensibilisering och har ett prediktivt värde för CBD.

Typiska nivåer av beryllium som industrier kan släppa ut i luften är i storleksordningen 0,01 ¼g/m³, i genomsnitt under en 30-dagarsperiod, eller 2 ¼g/m³ arbetsrumsluft under ett 8-timmars arbetspass.

.