Il berillio (Be), precedentemente (fino al 1957) glucinio, elemento chimico, il membro più leggero dei metalli alcalino-terrosi del gruppo 2 (IIa) della tavola periodica, utilizzato nella metallurgia come agente indurente e in molte applicazioni spaziali e nucleari.
metallo alcalino-terroso
Gli elementi sono berillio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), stronzio (Sr), bario (Ba) e radio (Ra).
Proprietà elemento
| numero atomico | 4 |
|---|---|
| peso atomico | 9,0122 |
| punto di fusione | 1.287 ° C (2.349 ° F) |
| punto di ebollizione | 2.471 ° C (4.480 ° F) |
| peso specifico | 1,85 a 20 ° C (68 ° F) |
| stato di ossidazione | 2 |
| configurazione elettronica | 1s 2 2s 2 |
Occorrenza, proprietà e usi
Il berillio è un metallo grigio acciaio che è piuttosto fragile a temperatura ambiente e le sue proprietà chimiche assomigliano in qualche modo a quelle dell'alluminio. Non si presenta libero in natura. Il berillio si trova nel berillo e nello smeraldo, minerali che erano noti agli antichi egizi. Sebbene fosse stato a lungo sospettato che i due minerali fossero simili, la conferma chimica di questo non avvenne fino alla fine del XVIII secolo. Lo smeraldo è ora noto per essere una varietà verde di berillo. Il berillio fu scoperto (1798) come ossido dal chimico francese Nicolas-Louis Vauquelin in berillo e smeraldi e fu isolato (1828) come metallo indipendentemente dal chimico tedesco Friedrich Wöhler e dal chimico francese Antoine AB Bussy dalla riduzione del suo cloruro con potassio. Il berillio è ampiamente distribuito nella crosta terrestre e si stima che si verifichi nelle rocce ignee della Terra nella misura dello 0,0002 percento. La sua abbondanza cosmica è 20 sulla scala in cui il silicio, lo standard, è 1.000.000. Gli Stati Uniti hanno circa il 60 percento del berillio nel mondo ed è di gran lunga il maggiore produttore di berillio; altri importanti paesi produttori includono Cina, Mozambico e Brasile.
Esistono circa 30 minerali riconosciuti contenenti berillio, tra cui berillio (Al 2 Be 3 Si 6 O 18, silicato di alluminio e berillio), bertrandite (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2, silicato di berillio), fenakite (Be 2 SiO 4) e crisoberillo (BeAl 2 O 4). (Le preziose forme di berillo, smeraldo e acquamarina, hanno una composizione che si avvicina molto a quella sopra indicata, ma i minerali industriali contengono meno berillio; la maggior parte del berillo è ottenuta come sottoprodotto di altre operazioni di estrazione, con i cristalli più grandi raccolti a mano.) Il berillo e la bertrandite sono stati trovati in quantità sufficienti per costituire minerali commerciali da cui viene prodotta industrialmente idrossido di berillio o ossido di berillio. L'estrazione del berillio è complicata dal fatto che il berillio è un costituente minore nella maggior parte dei minerali (5 percento in massa anche nel berillio puro, meno dell'1 percento in massa in bertrandite) ed è strettamente legato all'ossigeno. Il trattamento con acidi, la torrefazione con fluoruri complessi e l'estrazione liquido-liquido sono stati tutti impiegati per concentrare il berillio sotto forma del suo idrossido. L'idrossido viene convertito in fluoruro tramite fluoruro di berillio d'ammonio e quindi riscaldato con magnesio per formare berillio elementare. In alternativa, l'idrossido può essere riscaldato per formare l'ossido, che a sua volta può essere trattato con carbonio e cloro per formare cloruro di berillio; l'elettrolisi del cloruro fuso viene quindi utilizzata per produrre il metallo. L'elemento viene purificato mediante fusione sotto vuoto.
Il berillio è l'unico metallo leggero stabile con un punto di fusione relativamente elevato. Sebbene sia prontamente attaccato da alcali e acidi non ossidanti, il berillio forma rapidamente un film superficiale di ossido aderente che protegge il metallo dall'ulteriore ossidazione dell'aria in condizioni normali. Queste proprietà chimiche, unite alla sua eccellente conducibilità elettrica, elevata capacità termica e conducibilità, buone proprietà meccaniche a temperature elevate e modulo di elasticità molto elevato (un terzo maggiore di quello dell'acciaio), lo rendono prezioso per applicazioni strutturali e termiche. La stabilità dimensionale del berillio e la sua capacità di ottenere una lucidatura elevata lo hanno reso utile per gli specchi e le persiane nelle applicazioni spaziali, militari e mediche e nella produzione di semiconduttori. A causa del suo basso peso atomico, il berillio trasmette raggi X 17 volte oltre all'alluminio ed è stato ampiamente utilizzato nella realizzazione di finestre per tubi a raggi X. Il berillio è fabbricato in giroscopi, accelerometri e parti di computer per strumenti di guida inerziale e altri dispositivi per missili, aerei e veicoli spaziali, e viene utilizzato per tamburi per freni pesanti e applicazioni simili in cui è importante un buon dissipatore di calore. La sua capacità di rallentare i neutroni veloci ha trovato una notevole applicazione nei reattori nucleari.
Gran parte del berillio viene utilizzato come componente a bassa percentuale di leghe dure, in particolare con il rame come componente principale ma anche con leghe a base di nichel e ferro, per prodotti come le molle. Il berillio-rame (2 percento di berillio) viene trasformato in strumenti da utilizzare quando le scintille potrebbero essere pericolose, come nelle fabbriche di polveri. Il berillio stesso non riduce le scintille, ma rafforza il rame (di un fattore 6), che non forma scintille all'impatto. Piccole quantità di berillio aggiunte ai metalli ossidabili generano pellicole protettive di superficie, riducendo l'infiammabilità del magnesio e l'appannamento delle leghe d'argento.
I neutroni furono scoperti (1932) dal fisico britannico Sir James Chadwick mentre particelle espulse dal berillio bombardate da particelle alfa da una fonte di radio. Da allora il berillio miscelato con un emettitore alfa come radio, plutonio o americio è stato usato come fonte di neutroni. Le particelle alfa rilasciate dal decadimento radioattivo degli atomi di radio reagiscono con gli atomi di berillio per dare, tra i prodotti, neutroni con una vasta gamma di energie, fino a circa 5 × 10 6 elettroni volt (eV). Se il radio è incapsulato, in modo che nessuna delle particelle alfa raggiunga il berillio, i neutroni di energia inferiori a 600.000 eV vengono prodotti dalla radiazione gamma più penetrante dai prodotti di decomposizione del radio. Esempi storicamente importanti dell'uso di fonti di neutrio berillio / radio includono il bombardamento dell'uranio da parte dei chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann e del fisico austriaco Lise Meitner, che portò alla scoperta della fissione nucleare (1939) e al trigger nell'uranio della prima reazione a catena a fissione controllata dal fisico italiano Enrico Fermi (1942).
L'unico isotopo naturale è il berillio-9 stabile, sebbene siano noti altri 11 isotopi sintetici. Le loro emivite vanno da 1,5 milioni di anni (per il berillio-10, che subisce il decadimento beta) a 6,7 × 10 −17 secondi per il berillio-8 (che decade per emissione di due protoni). Il decadimento del berillio-7 (emivita di 53,2 giorni) nel Sole è la fonte dei neutrini solari osservati.
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