Berilio

Berilio
4 Sea
- ↑ Ser ↓ Mg Tabla periódica litio ← berilio → boro
Apariencia
metálico blanco grisáceo
Propiedades generales
Nombre, símbolo, número	berilio, Be, 4
Pronunciación	/ b ə r ɪ l yo ə m / bə- RIL -ee-əm
Categoría metálico	metal alcalinotérreo
Grupo, período, bloque	2 (metales alcalinotérreos) , 2, s
Peso atómico estándar	9.012182 (3)
Configuración electrónica	[Él] 2s 2 2, 2
Historia
Descubrimiento	Louis Nicolas Vauquelin (1797)
Primer aislamiento	Friedrich Wöhler y Antoine Bussy (1828)
Propiedades físicas
Fase	sólido
Densidad (cerca rt)	1,85 g · cm -3
Líquido densidad en mp	1,690 g · cm -3
Punto de fusion	1560 K , 1287 ° C, 2349 ° F
Punto de ebullicion	2742 K, 2469 ° C, 4476 ° F
Calor de fusión	12.2 kJ · mol -1
El calor de vaporización	297 kJ · mol -1
Capacidad calorífica molar	16.443 J · mol -1 · K -1
Presión del vapor
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k en T (K) 1462 1608 1791 2023 2327 2742
Propiedades atómicas
Estados de oxidación	2, 1 ( óxido anfótero)
Electronegatividad	1,57 (escala de Pauling)
Energías de ionización ( más)	Primero: 899.5 kJ · mol -1
	Segundo: 1757,1 kJ · mol -1
	Tercero: 14.848,7 kJ · mol -1
Radio atómico	112 pm
Radio covalente	96 ± 15:00
Van der Waals radio	153 pm
Miscelánea
Estructura cristalina	hexagonal compacta
Ordenamiento magnético	diamagnético
La resistividad eléctrica	(20 ° C) 36 nΩ · m
Conductividad térmica	200 W · m -1 · K -1
Expansión térmica	(25 ° C) 11,3 m · m -1 · K -1
Velocidad del sonido (varilla delgada)	( rt) 12.870 m · s -1
El módulo de Young	287 GPa
Módulo de corte	132 GPa
Módulo de volumen	130 GPa
Relación de Poisson	0,032
Dureza de Mohs	5.5
Dureza Vickers	1670 MPa
Dureza Brinell	600 MPa
Número de registro del CAS	7440-41-7
La mayoría de los isótopos estables
Artículo principal: Los isótopos de berilio
iso N / A media vida DM DE ( MeV) DP 7 Sea rastro 53.12 d ε 0,862 7 Li γ 0,477 - 9 Sea 100% 9 Sé que es estable con 5 neutrones 10 Sea rastro 1,36 × 10 6 y β - 0,556 10 B

El berilio es el elemento químico con el símbolo Be y número atómico 4. Debido a que cualquier berilio sintetizado en las estrellas es de corta duración, es un elemento relativamente raro en tanto el universo y en la corteza de la Tierra. Es un elemento divalente que se produce naturalmente sólo en combinación con otros elementos en minerales. Piedras preciosas notables que contienen berilio incluyen berilo ( aguamarina, esmeralda) y crisoberilo. Como elemento libre es un gris acero, fuerte, ligero y quebradizo metal alcalinotérreo .

Berilio aumenta la dureza y la resistencia a la corrosión cuando aleado con aluminio, cobalto, cobre (en particular cobre-berilio), hierro y níquel. En aplicaciones estructurales, alta rigidez a la flexión, estabilidad térmica, la conductividad térmica y baja densidad (1,85 veces la del agua) hacer berilio una calidad Material aeroespacial para los aviones de alta velocidad, misiles, vehículos espaciales y satélites de comunicaciones. Debido a su baja densidad y masa atómica, berilio es relativamente transparente a los rayos X y otras formas de radiación ionizante; Por lo tanto, es el material de la ventana más común para equipos de rayos X y en experimentos de física de partículas. Las altas conductividades térmicas de berilio y óxido de berilio han llevado a su uso en transporte de calor y aplicaciones de consumo de calor.

El uso comercial de metal de berilio presenta retos técnicos, debido a la toxicidad (especialmente por inhalación) de polvo que contiene berilio. El berilio es corrosivo para los tejidos, y puede causar una enfermedad alérgica potencialmente mortal crónica llamada berylliosis en algunas personas. El elemento no se sabe que es necesario o útil para cualquiera de vida vegetal o animal.

Características

Propiedades físicas

El berilio es un gris acero y de metal duro que es quebradizo a temperatura ambiente y tiene un hexagonal compacta estructura cristalina. Tiene excepcional rigidez a la flexión ( El módulo de Young 287 GPa) y un razonablemente alto punto de fusión . La módulo de elasticidad de berilio es aproximadamente 50% mayor que la del acero. La combinación de este módulo y se produce una relativamente baja densidad en una inusualmente rápido sonido velocidad de conducción en berilio - 12,9 km / s en condiciones ambientales. Otras propiedades importantes son alto calor específico (1925 J kg ^-1 K ^-1) y la conductividad térmica (216 W · m ^-1 · ^K-1), que hacen que berilio el metal con las mejores características de disipación de calor por unidad de peso. En combinación con el relativamente bajo coeficiente lineal de expansión térmica (11,4 x 10 ^-6 K ^-1), estas características dan lugar a una estabilidad única en condiciones de carga térmica.

Propiedades nucleares

Berilio natural, salvo por una ligera contaminación por radioisótopos cosmogénicas, es esencialmente de berilio-9, que tiene un espín nuclear de 3 / 2-. El berilio tiene una gran sección eficaz de dispersión de neutrones de alta energía, alrededor de 6 graneros para energías por encima de ~ 0.01 MeV. Por lo tanto, funciona como un reflector de neutrones y moderador de neutrones, disminuyendo eficazmente los neutrones a la rango de energía térmica por debajo de 0,03 eV, donde la sección transversal total es al menos un orden de magnitud inferior - valor exacto depende fuertemente de la pureza y el tamaño de los cristalitos en el material.

El único isótopo de berilio primordial ⁹ Sé también sufre una (n, 2n) reacción de neutrones con energías de neutrones más de alrededor de 1,9 MeV, para producir ⁸ Sé, que rompe casi de inmediato en dos partículas alfa. Por lo tanto, para neutrones de alta energía de berilio es un multiplicador de neutrones, liberando más neutrones que absorbe. Esta reacción nuclear es:

9
4 Be + n → 2 (4
2 He) + 2n

Los neutrones son liberados cuando berilio núcleos son golpeados por energético partículas alfa que producen la reacción nuclear

9
4 Be + 4
2 Él → 12
6 C + n, donde 4
2 Es una partícula alfa y 12
6 C es una carbono-12 núcleo.

Berilio también libera neutrones bajo bombardeo de rayos gamma. Por lo tanto, el berilio naturales bombardeado sea por alfas o gammas de un radioisótopo adecuado es un componente clave de la mayoría de radioisótopos-powered reacción nuclear fuentes de neutrones para la producción de laboratorio de neutrones libres.

Como metal, berilio es transparente para la mayoría de longitudes de onda de Los rayos X y rayos gamma, por lo que es útil para las ventanas de salida de Tubos de rayos X y otros tales aparatos.

Los isótopos y la nucleosíntesis

Ambos isótopos estables e inestables de berilio son creados en las estrellas, pero estos no duran mucho tiempo. Se cree que la mayor parte del berilio estable en el universo fue creado originalmente en el medio interestelar, cuando rayos cósmicos inducidos fisión en elementos más pesados que se encuentran en el gas interestelar y polvo. Berilio Primordial contiene sólo un isótopo estable, ⁹ Ser, y por lo tanto el berilio es un elemento monoisotópico.

Gráfico que muestra las variaciones en la actividad solar, incluyendo la variación en ¹⁰ Sé concentración. Tenga en cuenta que la escala de berilio se invierte, por lo que se incrementa en esta escala indican inferior ¹⁰ Sé niveles

Radioactivo cosmogénico ¹⁰ Be se produce en la atmósfera de la Tierra por la espalación de rayos cósmicos de oxígeno . ¹⁰ Be se acumula en el suelo de la superficie, donde su relativamente larga vida media (1.360.000 años) permite una larga tiempo de residencia antes de decaer a boro -10. Por lo tanto, ¹⁰ Be y sus productos de desintegración se utilizan para examinar natural de la erosión del suelo , la formación del suelo y el desarrollo de suelos lateríticos, y como proxy para medir las variaciones en la actividad solar y la edad de los núcleos de hielo . La producción de ¹⁰ Be es inversamente proporcional a la actividad solar, ya que el aumento viento solar durante periodos de alta actividad solar disminuye el flujo de Los rayos cósmicos galácticos que llegan a la Tierra. Las explosiones nucleares también forman ¹⁰ Sé por la reacción de neutrones rápidos con ¹³ C en el dióxido de carbono en el aire. Este es uno de los indicadores de la actividad pasada en sitios de ensayo de armas nucleares. El isótopo ⁷ Sé (vida media 53 días) es también cosmogónico, y muestra una abundancia atmosférica vinculada a las manchas solares, al igual que ¹⁰ Sé.

⁸ Be tiene una vida media muy corta de aproximadamente 7 × 10 ^-17 s que contribuye a su papel cosmológico significativa, como elementos más pesados que el berilio no podrían haber sido producidos por la fusión nuclear en el Big Bang . Esto se debe a la falta de tiempo suficiente durante el Big Bang de fase nucleosíntesis para producir carbón por la fusión de ⁴ núcleos él y los muy bajas concentraciones de disponible berilio-8. El Británico astrónomo Sir Fred Hoyle primera mostró que los niveles de energía de ⁸ Be y ¹² C permite la producción de carbono por la llamada proceso triple alfa en estrellas de helio como combustible donde es más tiempo nucleosíntesis disponible. Este proceso permite que el carbono que se produce en las estrellas, pero no en el Big Bang. De carbono Star-creado (la base de -carbono basado en la vida) es por lo tanto un componente de los elementos en el gas y el polvo expulsado por Estrellas AGB y supernovas (véase también Big Bang nucleosíntesis), así como la creación de todos los otros elementos con números atómicos mayores que el de carbono.

Los electrones más internos de berilio pueden contribuir a la unión química. Por lo tanto, cuando ⁷ Estar decae por captura de electrones, lo hace tomando electrones de orbitales atómicos que pueden participar en la unión. Esto hace que su tasa depende en un grado medible a partir de su configuración electrónica decadencia - una rara ocurrencia en la desintegración nuclear.

El isótopo más corto vivido conocido del berilio es ¹³ Sé que decae a través emisión de neutrones. Tiene una vida media de 2,7 × 10 ^-21 s. ⁶ Sé también es muy corta duración, con una vida media de 5,0 × 10 ^-21 s. Los isótopos exóticos ¹¹ Be y ¹⁴ Be se sabe que presentan un de halo nuclear. Este fenómeno puede ser entendido como el núcleo de ¹¹ Be y ¹⁴ Sé tienen, respectivamente, 1 y 4 neutrones orbitan sustancialmente fuera 'gota de agua' el Fermi clásico modelo del núcleo.

Aparición

Mineral de berilio

Esmeralda es una ocurrencia natural compuesto de berilio.

Berilio tiene una concentración de 2 a 6 partes por millón (ppm) en la corteza terrestre. El Sol tiene una concentración de 0,1 partes por mil millones (ppb) de berilio, similar a la de renio . Lo que más se concentra en los suelos, 6 ppm, y se encuentra en 0,2 partes por trillón (ppt) de agua de mar. Trazas de ⁹ Be se encuentran en la atmósfera de la Tierra. En el agua de mar, el berilio es extremadamente rara, incluso más que el escandio , que comprende sólo 0,0006 ppb en peso. En el agua corriente, sin embargo, el berilio es más abundante con 0.1 ppb en peso.

El berilio se encuentra en más de 100 minerales, pero la mayoría son poco común a rara. El berilio más común que contiene minerales incluyen: bertrandite (Be ₄ Si ₂ O ₇ (OH) _2), berilo (Al ₂ Be ₃ Si ₆ O _18), chrysoberyl (Al ₂ BeO ₄₎ y phenakite (Sé _{2SiO 4).} Formas preciosas del berilo son aguamarina, bixbita y esmeralda. El color verde en los formularios de calidad gema de berilo proviene de diversas cantidades de cromo (alrededor del 2% de esmeralda).

Los dos principales minerales de berilio, berilo y bertrandite, se encuentran en Argentina, Brasil, India, Madagascar, Rusia y Estados Unidos. Total de las reservas mundiales de mineral de berilio son mayores de 400.000 toneladas.

Producción

La extracción de berilio de sus compuestos es un proceso difícil debido a su alta afinidad por el oxígeno a temperaturas elevadas, y su capacidad para reducir el agua cuando se retira de su película de óxido. Los Estados Unidos, China y Kazajstán son los únicos tres países que participan en la extracción a escala industrial de berilio.

El berilio se extrae más comúnmente desde berilo, que es ya sea sinterizado, utilizando un agente de extracción o fundido en una mezcla soluble. El proceso de sinterización consiste en mezclar con berilo fluorosilicato de sodio y soda a 770 ° C para formar fluoroberilato de sodio, óxido de aluminio y dióxido de silicio . Hidróxido de berilio se precipitó a partir de una solución de fluoroberilato de sodio y de hidróxido de sodio en agua. Extracción de berilio utilizando el método de fusión implica la molienda berilo en un polvo y calentamiento a 1650 ° C. La masa fundida se enfría rápidamente con agua y luego vuelve a calentar de 250 a 300 ° C en concentrada de ácido sulfúrico , la mayoría produciendo sulfato de berilio y sulfato de aluminio. Acuosa de amoníaco se utiliza entonces para eliminar el aluminio y azufre, dejando hidróxido de berilio.

Hidróxido de berilio creado usando ya sea el sinterizado o derretir método se convierte entonces en fluoruro de berilio o cloruro de berilio. Para formar el fluoruro, se añade fluoruro de hidrógeno de amonio acuoso al hidróxido de berilio para producir un precipitado de tetrafluoroberyllate de amonio, que se calienta a 1000 ° C para formar fluoruro de berilio. El calentamiento de la fluoruro a 900 ° C con magnesio formas finamente dividido berilio y calentamiento adicional a 1300 ° C crea el metal compacto. Hidróxido de berilio Calefacción forma el óxido que se convierte en cloruro de berilio cuando se mezcla con carbono y cloruro. La electrólisis de cloruro de berilio fundido se utiliza entonces para obtener el metal.

Propiedades químicas

Comportamiento químico de berilio es en gran parte un resultado de su pequeña atómico y radios iónicos. Así pues, tiene muy alto potenciales de ionización y fuerte polarización, mientras que unido a otros átomos, que es la razón por la totalidad de sus compuestos son covalente. Es más químicamente similar a la de aluminio que sus vecinos cercanos en la tabla periódica debido a tener una proporción similar de carga a radio. Forma una capa de óxido alrededor de berilio que evita reacciones adicionales con el aire a menos que se calienta por encima de 1000ºC. Una vez encendido, el berilio quemaduras brillantemente formar una mezcla de óxido de berilio y nitruro de berilio. El berilio se disuelve fácilmente en no ácidos oxidantes, tales como HCl y H diluida ₂ SO _4, pero no en ácido nítrico o agua ya que esta forma el óxido. Este comportamiento es similar a la de metal de aluminio. Berilio también se disuelve en soluciones alcalinas.

Hidrólisis de berilio como una función del pH
Las moléculas de agua para adjuntar y se omiten

El átomo de berilio tiene la configuración electrónica [Él] 2s ^2. Los dos electrones de valencia dan berilio un 2 estado de oxidación y el así la capacidad para formar dos enlaces covalentes; la única evidencia de menor valencia de berilio está en la solubilidad del metal en BeCl _2. Debido a la regla del octeto, los átomos tienden a buscar una valencia de 8 con el fin de parecerse a un gas noble . Berilio intenta lograr una número de coordinación de 4, ya que sus dos enlaces covalentes llenar la mitad de este octeto. Una coordinación de 4 permite que los compuestos de berilio, tales como el fluoruro o cloruro, para formar polímeros.

Esta característica se emplea en las técnicas analíticas utilizando EDTA como un ligando. EDTA forma preferente complejos octaédricos - absorbiendo así otros cationes tales como Al3 ⁺ que pueden interferir - por ejemplo, en el extracción con disolvente de un complejo formado entre Be ²⁺ y acetilacetona. Berilio (II) forma fácilmente complejos con ligandos donantes fuertes tales como óxidos de fosfina y óxidos de arsina. Ha habido extensos estudios de estos complejos que muestran la estabilidad del enlace O-Be.

Las soluciones de sales de berilio, por ejemplo, sulfato de berilio y nitrato de berilio, son ácidos debido a la hidrólisis de la [Be _{(H2O) 4]} ^2+.

[Be _{(H2O) 4]} ²⁺ + H ₂ O [Be (H ₂ O) ₃ (OH)] ⁺ + H ₃ O ⁺

Otros productos de la hidrólisis incluyen la ion trímera [Sé ₃ (OH) ₃ (H ₂ O) _6] ^3+. Hidróxido de berilio, Be (OH) _2, es insoluble incluso en soluciones ácidas con un pH inferior a 6, es decir a pH biológico. Es anfótero y se disuelve en fuertemente soluciones alcalinas.

Formas de berilio compuestos binarios con muchos elementos no metálicos. Anhidro haluros son conocidos por F , Cl , Br y I . BeF ₂ tiene una sílice estructura -como con esquina compartida BeF ₄ tetraedros. BeCl ₂ y Bebr ₂ tienen estructuras de cadena con tetraedros de borde compartido. Todos los haluros de berilio tienen una estructura molecular lineal monomérico en la fase de gas.

Difluoruro de berilio, BeF _2, es diferente que la otra difluoruros. En general, berilio tiene una tendencia a enlazar covalentemente, mucho más que las otras tierras alcalinas y su fluoruro es parcialmente covalente (aunque todavía más iónica que sus otros haluros). BeF ₂ tiene muchas similitudes con _SiO2 (cuarzo) una mayoría unida covalentemente sólida red. BeF ₂ ha coordinado tetraédricamente gafas metálicas y formas (es difícil de cristalizar). Cuando cristalina de fluoruro, berilio tiene la misma estructura cristalina temperatura ambiente como cuarzo y comparte muchas estructuras superiores temperaturas también. Difluoruro de berilio es muy soluble en agua, a diferencia de las otras tierras alcalinas. (A pesar de que son fuertemente iónico, que no se disuelven debido a la fuerte especialmente energía reticular de la estructura de fluorita.) Sin embargo, BeF ₂ tiene mucho menor conductividad eléctrica cuando está en solución o en estado fundido que sería de esperar si fuera totalmente iónico.

Orden y desorden en difluoruros
La estructura fluorita iónica fuerte y estable adoptada por difluoruro de calcio y muchos otros Difluoruros	Estructura desordenada de vidrio berilio (croquis, dos dimensiones)

El óxido de berilio, BeO, es un blanco sólidos refractarios, que tiene la estructura cristalina wurtzite y una conductividad térmica tan alta como en algunos metales. BeO es anfótero. Las sales de berilio pueden ser producidos por el tratamiento de Be (OH) ₂ con ácido. Berilio sulfuro, seleniuro y teluro se sabe, todos con la estructura zincblenda.

Nitruro de berilio, Be ₃ N ₂ es un compuesto de alto punto de fusión que se hidroliza fácilmente. Azida berilio, BeN ₆ es conocido y fosfuro de berilio, Be ₃ P ₂ tiene una estructura similar a Sea ₃ N _2. Nitrato de berilio Básica y acetato básico de berilio tiene estructuras tetraédricas similares con cuatro átomos de berilio coordinadas para un ion óxido central. Un número de berilio boruros son conocidos, tales como Sea ₅ B, Be ₄ B, Be ₂ B, BeB _2, BeB ₆ y BeB _12. Carburo de berilio, Be ₂ C, es un compuesto de color rojo ladrillo refractario que reacciona con agua para dar metano . No berilio siliciuro ha sido identificado.

Historia

El mineral berilo, que contiene berilio, se ha utilizado al menos desde el Dinastía Ptolemaica de Egipto. En el primer siglo CE, naturalista romano Plinio el Viejo menciona en su enciclopedia Historia Natural que berilo y esmeralda ("Smaragdus") fueron similares. La Papiro Graecus holmiensis, escrito en el tercer o cuarto siglo EC, contiene notas sobre cómo preparar esmeralda artificial y berilo.

Louis-Nicolas Vauquelin descubrió berilio

Análisis temprano de esmeraldas y aguamarinas por Martin Heinrich Klaproth, Torbern Olof Bergman, Franz Karl Achard, y Johann Jakob Bindheim siempre arrojaron elementos similares, lo que lleva a la conclusión errónea de que ambas sustancias son silicatos de aluminio. Mineralogista René Just Haüy descubrió que ambos cristales son geométricamente idénticos, y pidió químico Louis-Nicolas Vauquelin para un análisis químico.

En un documento de 1797 leer antes de la Annales de Chimie et de physique, Vauquelin informó que había encontrado una nueva "tierra" disolviendo hidróxido de aluminio de esmeralda y berilo en un adicional álcali. Vauquelin nombrada la nueva tierra "glucina" para el dulce sabor de algunos de sus compuestos. Klaproth prefiere el nombre "berilia" debido al hecho de que itria también formó sales de dulces.

Friedrich Wöhler fue uno de los hombres que, en forma independiente de berilio

Friedrich Wöhler y Antoine Bussy aislado independientemente de berilio en 1828 por la reacción química del metal de potasio con cloruro de berilio, como sigue:

BeCl ₂ + 2 K → 2 KCl + Sea

Usando una lámpara de alcohol, Wöhler calentó alternando capas de cloruro de berilio y de potasio en un crisol de platino-cierre por cable. La reacción anterior se llevó a cabo inmediatamente y causó el crisol aparece blanco caliente. Al enfriar y lavar el polvo gris-negro resultante vio que estaba hecha de partículas finas con un brillo metálico oscuro. El potasio altamente reactivo se había producido por la electrólisis de sus compuestos, un proceso descubierto 21 años antes. El método químico utilizando potasio produjo sólo pequeños granos de berilio de la cual ninguna de lingotes de metales podría ser lanzado o martillado.

El directa electrólisis de una mezcla fundida de fluoruro de berilio y fluoruro de sodio por Paul Lebeau en 1898 dio lugar a los primeros puros (99,5 a 99,8%) muestras de berilio. El primer proceso comercialmente exitoso para la producción de berilio fue desarrollado en 1932 por Alfred Stock y Hans Goldschmidt. Su proceso implica la electrolysation de una mezcla de fluoruros de berilio y de bario , que causa berilio fundido para recoger en una plancha refrigerada por agua cátodo.

Una muestra de berilio fue bombardeado con rayos alfa de la decadencia de la radio en un experimento de 1932 por James Chadwick descubrió que la existencia del neutrón . Este mismo método se utiliza en una clase de laboratorio basados en radioisótopos fuentes de neutrones que producen 30 neutrones por cada millón de partículas α.

Producción berilio vio un rápido incremento durante la Segunda Guerra Mundial, debido a la creciente demanda de duras aleaciones de berilio-cobre y fósforos para luces fluorescentes. La mayoría de las lámparas fluorescentes utilizadas primeros zinc orthosilicate con diferentes contenidos de berilio para emitir luz verdosa. Pequeñas adiciones de magnesio tungstato mejoró la parte azul del espectro para producir una luz blanca aceptable. Fósforos basados Halofosfato reemplazados fósforos basados berilio-después se encontró berilio que es tóxico.

La electrólisis de una mezcla de fluoruro de berilio y fluoruro de sodio se utilizó para aislar el berilio durante el siglo 19a. Alto punto de fusión del metal hace que este proceso sea más energía-consumo de los procesos utilizados para los correspondientes metales alcalinos . A principios del siglo 20, la producción de berilio en la descomposición térmica de yoduro de berilio se investigó tras el éxito de un proceso similar para la producción de circonio , pero este proceso resultó ser antieconómico para la producción de volumen.

El berilio metálico puro no llegó a ser fácilmente disponibles hasta 1957, a pesar de que había sido utilizado como un metal de aleación para endurecer y endurecer el cobre mucho antes. Berilio podría ser producido por la reducción de compuestos de berilio como cloruro de berilio con potasio metálico o sodio. Actualmente la mayoría de berilio se produce mediante la reducción de fluoruro de berilio con purificado de magnesio . El precio en el mercado americano para Berilio lingotes de fundición de vacío era alrededor de $ 338 por libra (745 dólares por kilogramo) en 2001.

Entre 1998 y 2008, la producción mundial de berilio había disminuido de 343 a 200 de toneladas, de las cuales 176 toneladas (88%) procedían de los Estados Unidos.

Etimología

El uso temprano de la palabra berilio se puede remontar a muchos idiomas, incluyendo América Beryllus; Béry francés; griego βήρυλλος, bērullos, berilo; Prakrit veruliya (वॆरुलिय); Pali veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) o Vilar (भिलर्) - "para convertirse pálido", en referencia a la pálida berilo piedra preciosa semipreciosa. La fuente original es probablemente el sánscrito palabra वैडूर्य vaidurya-, que es de Origen Dravidian y podría ser derivado del nombre de la ciudad moderna de Belur. Por cerca de 160 años, el berilio también era conocido como glucinum o glucinio (con el símbolo químico de acompañamiento "Gl",), el nombre viene del griego palabra por dulce: γλυκυς, debido al sabor dulce de berilio sales .

Aplicaciones

Se estima que más de berilio se utiliza para aplicaciones militares, por lo que la información no es fácilmente disponible.

Ventanas de radiación

Objetivo de berilio que "convierte" un haz de protones en un haz de neutrones

Una lámina de berilio cuadradas colocado en una caja de acero para ser utilizado como una ventana entre una cámara de vacío y una Microscopio de rayos X. El berilio es altamente transparente a los rayos X, debido a su bajo número atómico .

Debido a su bajo número atómico y muy baja absorción de los rayos X, el más antiguo y sigue siendo una de las aplicaciones más importantes de berilio es en las ventanas de radiación para Tubos de rayos X. Exigencias extremas se colocan en la pureza y la limpieza de berilio para evitar artefactos en las imágenes de rayos-X. Láminas delgadas de berilio se utilizan como ventanas de radiación para los detectores de rayos X, y la muy baja absorción minimiza los efectos de calentamiento causado por la alta intensidad, los rayos X de baja energía típicos de radiación sincrotrón. Ventanas de vacío apretado y vigas-tubos para experimentos de radiación en sincrotrones son fabricados exclusivamente de berilio. En configuraciones científicas para estudios de emisión diferentes de rayos X (por ejemplo, -espectroscopía de energía dispersiva de rayos X) en el soporte de la muestra por lo general está hecha de berilio porque los rayos X emitidos sus energías tienen mucho más bajos (~ 100 eV) que los rayos X de los materiales más estudiados.

Baja el número atómico también hace berilio relativamente transparente para enérgico partículas. Por lo tanto, se utiliza para construir el tubo del haz alrededor de la región de colisión en la física de partículas configuraciones, como los cuatro principales experimentos del detector en el Gran Colisionador de Hadrones ( ALICE, ATLAS , CMS, LHCb), la Tevatron y el SLAC. La baja densidad de berilio permite que los productos de colisión de alcanzar los detectores circundantes sin interacción significativa, su rigidez permite un potente vacío para ser producido dentro de la tubería para minimizar la interacción con los gases, su estabilidad térmica permite que funcione correctamente a temperaturas de sólo unos pocos grados encima del cero absoluto , y su naturaleza diamagnético impide que ésta interfiera con los complejos sistemas de imanes multipolares utilizados para dirigir y enfocar la haces de partículas.

Aplicaciones mecánicas

Debido a su rigidez, peso ligero y estabilidad dimensional en un amplio rango de temperatura, berilio metálico se utiliza para componentes estructurales ligeros en la defensa y industrias aeroespaciales en alta velocidad de las aeronaves , misiles guiados, vehículos espaciales, y satélites. Varios cohetes de combustible líquido han utilizado toberas de cohetes hechos de berilio puro. Polvo de berilio se vio estudiado como un combustible para cohetes, pero este uso no se ha materializado. Un pequeño número de cuadros de bicicleta se construyeron con berilio, a precios "sorprendentes". De 1998 a 2000, el McLaren de Fórmula Uno del equipo utilizado Motores de Mercedes-Benz con el berilio-aluminio- pistones de aleación. El uso de componentes de motores de berilio fue prohibido después de una protesta por Scuderia Ferrari.

Mezclando aproximadamente 2,0% de berilio en cobre forma una aleación llamada cobre berilio que es seis veces más fuerte que el cobre solo. Las aleaciones de berilio se utilizan en muchas aplicaciones debido a su combinación de elasticidad, alta conductividad eléctrica y conductividad térmica, alta resistencia y dureza, propiedades magnéticas, así como su buena a la corrosión y resistencia a la fatiga. Estas aplicaciones incluyen herramientas que no produzcan chispas que se utilizan cerca de gases inflamables ( níquel berilio), en manantiales y membranas (níquel berilio y hierro berilio) utilizados en los instrumentos quirúrgicos y dispositivos de alta temperatura. Tan poco como 50 partes por millón de berilio aleado con líquido de magnesio conduce a un aumento significativo en la resistencia a la oxidación y la disminución de inflamabilidad.

Cobre-berilio Llave ajustable

La excelente rigidez elástica de berilio ha conducido a su amplio uso en la instrumentación de precisión, por ejemplo, en sistemas de guía inercial y en los mecanismos de apoyo a los sistemas ópticos. Aleaciones de berilio-cobre también se aplicaron como un agente de endurecimiento en "pistolas Jason", que se utilizaron para despojar a la pintura de los cascos de los barcos.

Una aplicación importante antes de berilio estaba en frenos para militares aviones debido a su dureza, alto punto de fusión, y la capacidad excepcional a disipar el calor. Las consideraciones ambientales han dado lugar a la sustitución por otros materiales.

Para reducir los costos, el berilio puede ser aleado con cantidades significativas de aluminio , lo que resulta en el Aleación AlBeMet (nombre comercial). Esta mezcla es más barato que el berilio puro, al tiempo que conserva muchas de las propiedades deseables.

Espejos

Berilio espejos son de particular interés. Espejos de gran superficie, con frecuencia con un estructura de soporte en forma de panal, se utilizan, por ejemplo, en satélites meteorológicos donde el bajo peso y la estabilidad dimensional a largo plazo son críticos. Más pequeños espejos de berilio se utilizan en sistemas de guiado óptico y en sistemas de control de fuego, por ejemplo, en la fabricación alemana- Leopard 1 y Leopard 2 carros de combate. En estos sistemas, se requiere muy rápido movimiento del espejo que a su vez determina la masa baja y alta rigidez. Por lo general, el espejo de berilio está recubierto con disco electrolítico niquelado que puede ser más fácil pulido con acabado óptico más fino que el berilio. En algunas aplicaciones, sin embargo, el espacio en blanco de berilio se pule sin ningún recubrimiento. Esto es particularmente aplicable a operación criogénica donde desajuste expansión térmica puede causar que el revestimiento se hebilla.

La Telescopio Espacial James Webb tendrá 18 secciones berilio hexagonales para sus espejos. Debido JWST se enfrentará a una temperatura de 33 K, el espejo está hecho de berilio, capaz de manejar el frío extremo mejor que el vidrio. Contratos de berilio y se deforma menos que el vidrio - y sigue siendo más uniforme - en tales temperaturas. Por la misma razón, la óptica de la Telescopio Espacial Spitzer están completamente construido de metal berilio.

Aplicaciones magnéticas

El berilio es no magnético. Por lo tanto, las herramientas fabricadas de berilio son utilizados por naval o militar equipos de desactivación de artefactos explosivos para trabajar en o cerca de minas navales, ya que estas minas comúnmente tienen espoletas magnéticas. También se encuentran en mantenimiento y construcción materiales cercanos imágenes por resonancia magnética (MRI) máquinas debido a los altos campos magnéticos generados por ellos. En los campos de las comunicaciones de radio y potentes (por lo general militares) radares , herramientas de mano hechas de berilio se utilizan para ajustar el altamente magnético klistrones, magnetrones, tubos de ondas, etc., que se utilizan para la generación de altos niveles de potencia de microondas en el transmisores.

Las aplicaciones nucleares

Placas o láminas delgadas de berilio se utilizan a veces en arma nuclear diseña como la capa más externa de la detonadores de plutonio en las etapas primarias de bombas termonucleares, colocados para rodear el material fisible. Estas capas de berilio son buenas "empujadores" para la implosión de la plutonio-239, y que también son buenos reflectores de neutrones, tal y como son en berilio moderados- reactores nucleares.

Berilio también se utiliza comúnmente en algunos fuentes de neutrones en los dispositivos de laboratorio en los que se necesitan relativamente pocos neutrones (en lugar de tener que utilizar un reactor nuclear, o una acelerador de partículas-powered generador de neutrones). Para este propósito, un objetivo de berilio-9 es bombardeado con partículas alfa energéticas de una radioisótopo tal como polonio -210, el radio -226, plutonio -239, o americio -241. En la reacción nuclear que se produce, un núcleo de berilio es transmuta en carbono-12, y un neutrón libre se emite, viajando en aproximadamente la misma dirección que la partícula alfa se dirigía. Tal desintegración alfa impulsado fuentes de neutrones berilio, nombrado "Erizo de" iniciadores de neutrones, se utilizaron algunos en las primeras bombas atómicas . Fuentes de neutrones en el que el berilio es bombardeado con rayos gamma procedentes de una decaimiento radioisótopo gamma, también se utilizan para producir neutrones de laboratorio.

Berilio también se utiliza en el Joint European Torus Laboratorio de Investigación de fusión nuclear, y se utiliza en el más avanzado ITER para acondicionar los componentes que dan al plasma. Berilio también ha sido propuesta como un material de revestimiento para varillas de combustible nuclear, debido a su buena combinación de mecánica, química y propiedades nucleares. Fluoruro de berilio es una de las sales constituyentes de la mezcla de sal eutéctica FLiBe, que se utiliza como disolvente, moderador y refrigerante en muchas hipotética fundidas diseños de reactores sal.

Acústica

El bajo peso y alta rigidez de berilio hacen útil como material para alta frecuencia Controladores de altavoces. Debido a que el berilio es caro (muchas veces más que el titanio ), discos para dar forma a causa de su fragilidad, y tóxicos en caso de manipulación, berilio tweeters se limitan a la gama alta casa, audio profesional, y aplicaciones de megafonía. Debido al alto rendimiento de berilio en acústica, para fines de marketing algunos productos son reclamados para ser hecho del material cuando no lo son.

Electrónico

El berilio es un tipo p dopante en Semiconductores compuestos III-V. Es ampliamente utilizado en materiales tales como GaAs, AlGaAs, InGaAs y InAlAs crecido epitaxia de haces moleculares (MBE). Hoja de berilio Cruz laminados es un excelente soporte estructural para tarjetas de circuitos impresos en La tecnología de montaje superficial. En aplicaciones electrónicos críticos, berilio es a la vez un soporte estructural y disipador de calor. La aplicación también requiere un coeficiente de expansión térmica que está bien adaptada a la alúmina y poliimida-glass sustratos. El óxido de berilio-berilio compuesto " E-Materiales "han sido especialmente diseñados para estas aplicaciones electrónicas y tienen la ventaja adicional de que el coeficiente de expansión térmica se puede adaptar para que coincida con diversos materiales de sustrato.

El óxido de berilio es útil para muchas aplicaciones que requieren las propiedades combinadas de una aislante eléctrico y un excelente conductor de calor, con alta resistencia y dureza, y un punto de fusión muy alto. El óxido de berilio se utiliza con frecuencia como una placa de base aislante de alta potencia transistores en frecuencia de radio transmisores para telecomunicaciones. El óxido de berilio también está en estudio para su uso en el aumento de la conductividad térmica de dióxido de uranio pastillas de combustible nuclear. Compuestos de berilio se utilizaron en tubos fluorescentes, pero este uso se suspendió debido a la enfermedad de beriliosis que se desarrolló en los trabajadores que estaban haciendo los tubos.

Precauciones

Aproximadamente 35 microgramos de berilio se encuentra en el cuerpo humano, pero esta cantidad no se considera perjudicial. El berilio es químicamente similar a la de magnesio , por lo que puede desplazarlo de enzimas, lo que provoca que no funcione correctamente. Crónica beriliosis es una pulmonar y sistémica enfermedad granulomatosa causada por la inhalación de polvo o gases contaminados con berilio; o bien grandes cantidades durante un breve periodo de tiempo o pequeñas cantidades durante un largo tiempo puede conducir a esta dolencia. Los síntomas de la enfermedad pueden tardar hasta 5 años para desarrollar; alrededor de un tercio de los pacientes con que mueren y los supervivientes quedan discapacitados. La Agencia Internacional para la Investigación sobre el Cáncer (IARC) lista los compuestos de berilio y berilio como Categoría 1 carcinógenos.

Enfermedad de berilio aguda en forma de neumonitis química se informó por primera vez en Europa en 1933 y en Estados Unidos en 1943. Una encuesta encontró que alrededor del 5% de los trabajadores en las plantas de fabricación de lámparas fluorescentes en 1949 en los Estados Unidos tenían enfermedades pulmonares relacionadas con berilio- . Beriliosis crónica se parece a la sarcoidosis en muchos aspectos, y el diagnóstico diferencial es a menudo difícil. Mató a algunos trabajadores de primeros en el diseño de armas nucleares, como Herbert L. Anderson.

Los primeros investigadores probaron berilio y sus diversos compuestos para dulzor con el fin de verificar su presencia. Equipos de diagnóstico modernos ya no requiere este procedimiento de alto riesgo y no se debe intentar ingerir esta sustancia altamente tóxica. Berilio y sus compuestos deben ser manejados con gran cuidado y precauciones especiales deben ser tomadas en el ejercicio de cualquier actividad que pueda resultar en la liberación de polvo de berilio ( cáncer de pulmón es una posible consecuencia de la exposición prolongada al berilio cargado de polvo). Aunque el uso de compuestos de berilio en tubos fluorescentes se interrumpió en 1949, hay riesgo de exposición al berilio en las industrias nuclear y aeroespacial y en el refino de berilio metálico y la fusión de aleaciones que contienen berilio, la fabricación de dispositivos electrónicos, y la manejo de otro material que contenga berilio.

Una prueba exitosa de berilio en el aire y en las superficies se ha desarrollado y publicado como voluntaria ASTM D7202 norma de consenso internacional recientemente. El procedimiento utiliza diluido bifluoruro de amonio para la disolución y la detección de fluorescencia con berilio obligado a hydroxybenzoquinoline sulfonado, que permite hasta detección más sensible 100 veces superior al límite recomendado para la concentración de berilio en el lugar de trabajo. La fluorescencia se incrementa con el aumento de la concentración de berilio. El nuevo procedimiento ha sido probado con éxito en una variedad de superficies y es eficaz para la disolución y ultratrazas detección de óxido de berilio refractario y berilio silícea (ASTM D7458).