El berilio es un elemento químico de símbolo Be y número atómico 4. Es un elementoAlcalinotérreo bivalente, tóxico, de color gris, duro, ligero y quebradizo. Se emplea principalmente como endurecedor en aleaciones, especialmente de cobre.
Aplicaciones
- Elemento de aleación, en aleaciones cobre-berilio con una gran variedad de aplicaciones.
- En el diagnóstico con rayos X se usan delgadas láminas de berilio para filtrar la radiación visible, así como en la litografía de rayos X para la reproducción decircuitos integrados.
- Moderador de neutrones en reactores nucleares.
- Por su rigidez, ligereza y estabilidad dimensional, se emplea en la construcción de diversos dispositivos como giroscopios, equipo informático, muelles de relojería e instrumental diverso.
- El óxido de berilio se emplea cuando son necesarias elevada conductividad térmica y propiedades mecánicas, punto de fusión elevado y aislamiento eléctrico.
- Antaño se emplearon compuestos de berilio en tubos fluorescentes, uso abandonado por la beriliosis.
- Fabricación de Tweeters en altavoces de la clase High-End, debido a su gran rigidez.
El principal uso del berilio metálico se encuentra en la manufactura de aleaciones berilio-cobre y en el desarrollo de materiales moderadores y reflejantes para reactores nucleares. La adición de un 2% de berilio al cobre forma una aleación no magnética seis veces más fuerte que el cobre. Estas aleaciones berilio-cobre tienen numerosas aplicaciones en la industria de herramientas ya que no producen chispas, en las partes móviles críticas de aviones, así como en componentes clave de instrumentos de precisión, computadoras mecánicas, reveladores eléctricos y obturadores de cámaras fotográficas. Martillos, llaves y otras herramientas de berilio-cobre se emplean en refinerías petroleras y otras plantas en las cuales una chispa producida por piezas de acero puede ocasionar una explosión o un incendio.
El berilio tiene muchos usos en la energía nuclear porque es uno de los materiales más eficientes para disminuir la velocidad de los neutrones, así como para reflejarlos. En consecuencia, se utiliza en la construcción de reactores nucleares como moderador y soporte, o en aleaciones con elementos combustibles.
Denominaciones
- N° CAS: 7440-41-7
- Nombre registrado: Berilio
- Nombre químico: Berilio
- Sinónimos, nombres comerciales: Glicinio
- Nombre químico (alemán): Berryllium
- Nombre químico (francés): Béryllium
- Nombre químico (inglés): Beryllium
- Aspecto general: Metal duro, brillante de color blanco plateado.
Historia
El berilio (del griego βηρυλλος berilo) o glucinio (del inglés glucinium y éste del griegoγλυκυς, dulce) por el sabor de sus sales, fue descubierto por Louis Nicolas Vauquelin en1798 en Francia en forma de óxido en el berilo y la esmeralda. Friedrich Wöhler yAntoine Bussy de forma independiente aislaron el metal en 1828 mediante reacción depotasio con cloruro de berilio.
Abundancia y obtención
El berilio se encuentra en 30 minerales diferentes, siendo uno de los más importantesberilo y bertrandita, principales fuentes del berilio comercial, crisoberilo y fenaquita. Actualmente la mayoría del metal se obtiene mediante reducción de fluoruro de beriliocon magnesio. Las formas preciosas del berilo son el aguamarina y la esmeralda.
Geográficamente, las mayores reservas se encuentran en los Estados Unidos que lidera también la producción mundial de berilio (65%), seguido de Rusia (40%) y China (15%). Las reservas mundiales se estima que superan las 80.000 toneladas.
Isótopos
El Be-9 es el único isótopo estable. El Be-10 se produce en la atmósfera terrestre mediante el proceso de spallation (fragmentación) inducido por el bombardeo de radiación cósmica de alta energía sobre los núcleos del oxígeno y nitrógeno. Dado que el berilio tiende a existir en disolución acuosa con niveles de pH menores de 5.5, este berilio atmosférico formado es arrastrado por el agua de lluvia (cuyo pH suele ser inferior a 5.5); una vez en la tierra, la solución se torna alcalina precipitando el berilio que queda almacenado en el suelo durante largo tiempo (periodo de semidesintegración de 1,387(12) millones de años1 ) hasta su transmutación en B-10. El Be-10 y sus productos hijo se han empleado para el estudio de los procesos de erosión, formación a partir de regolito y desarrollo de suelos lateríticos, reciclado de sedimento submarino durante la subducción de placas tectónicas, así como las variaciones en la actividad solar y la edad de masas heladas.
El hecho de que el Be-7 y el Be-8 sean inestables tiene profundas consecuencias cosmológicas, ya que ello significa que elementos más pesados que el berilio no pudieron producirse por fusión nuclear en el big bang. Más aún, los niveles energéticos nucleares del Be-8 son tales que posibilitan la formación de carbono y con ello la vida (véase proceso triple alfa).
Toxicología
El espectro de enfermedades causada por exposición a berilio existen dos grupos dependiendo del grado de exposición:
1) Beriliosis aguda (Neumonitis química aguda)
2) Enfermedad granulomatosa crónica o CBD
Posiblemente otras enfermedades han sido atribuidas a la exposicion cronica (enfermedad renal, enfermedad cardiovascular, cáncer de pulmon y cáncer de la cavidad bucal2 )
Las enfermedades causada por exposición a berilio han sido descritas principalmente en el área ocupacional, ya sea por exposición directa en diferentes industrias3 o por exposición indirecta4 . Dentro de las industrias que pueden potencialmente causar exposición a berilio son: las industrias que fabrican equipos espaciales, en la explotación minera de berilio.
Historia
Los daños en la salud resultantes de la exposición son considerados como enfermedades profesionales, y como tal fueron descritos por primera vez en trabajadores de una fábrica de lámparas fluorescentes en Massachusetts en 1946 por los investigadores Hardy y Tabershaw 5. Los investigadores describieron 17 casos en los cuales los trabajadores desarrollaron sintomas 6 meses después de la exposición inicial a berilio. Los pacientes tenían enfermedad avanzada debido a los síntomas severos que presentaban. Los sintomas descritos por los investigadores fueron: anorexia (presente en los 17 pacientes), 16 sufrieron de perdida de peso, 15 tenían Disnea, y 13 se quejaban de tos. En examen físico, Crepitaciónes estaban presentes en 13, 10 tinian Taquicardia, 9 tenían fiebre, Cianosis fue reportado en 5 de los pacientes, edema en 5, y Acropaquia fue descrito en 2. Los pacientes identificados fueron solo aquellos que tenían enfermedad severa. Aunque la utilización de berilio en la fabricación de dichas lámparas se interrumpió en 1949, Aún existe un riesgo de exposición continuada para trabajadores de las industrias nuclear, aeroespacial, telecomunicaciones, electrónica, biomédica o metalúrgica.6
Toxicocinética
La principal vía de exposición a los compuestos de berilio es la vía inhalatoria. La absorción es lenta, con un pico de concentraciones máximo a los 10 días. Otras vías como la oral o la transdérmica son bastante menos importantes ya que, en condiciones normales, sólo se absorbería aproximadamente el 1% del berilio metálico, pero la presencia de sales solubles o daños en la piel, pueden aumentar la fracción absorbida.
Una vez en la circulación sistémica, se uniría en gran medida a proteínas plasmáticas, en concreto prealbúminas y globulinas.
El berilio se acumula principalmente en hueso y pulmón, siendo este segundo especialmente importante en casos de exposición inhalatoria.7No obstante, también se ha visto la posibilidad de que se acumule en otros órganos como hígado, nodos linfáticos, bazo, corazón, músculo esquelético, piel y riñón en proporciones menores.
Se elimina por orina en pequeñas cantidades, directamente proporcionales a las dosis de exposición. Los datos sobre su semivida de eliminación en ratas son poco concluyentes, dictando que ésta puede estar entre 1-60 días y 0.6-2.3 años, dependiendo de la vía de administración, el compuesto químico exacto y el proceso de obtención del mismo. Por ejemplo, se ha visto que los sulfatos se eliminan más rápidamente que los óxidos, habiendo diferencias también entre el óxido de berilio si ha sido calcinado a 500 °C o a 1000 °C. En humanos se cree que podría ser mayor, ya que se han encontrado depósitos de berilio en los pulmones de trabajadores expuestos años después de cesar dicha exposición.8
Epidemiologia
En los Estados Unidos de América del Norte, el número de trabajadores expuestos berilio has sido estimado 800,000 entre los años 1960s y 1970s9 . Un estudio más reciente ha estimado sensibilización en 134,000 empleados expuestos en el año 1996.
Para desarrollar CBD es necesario que las personas expuestas desarrollen sensibilización al berilio. La proporción en la cual trabajadores puedan llegar ha sensibilizarse al berilio depende grandemente de factores geneticos. Un estudio encontró que la prevalencia de sensibilización a berilio es de 9-19% dependiendo de la industria10 .
Efectos tóxicos
Toxicidad dérmica
Son los efectos tóxicos más comunes de la exposición a berilio y se da principalmente por el contacto local con compuestos solubles.
El contacto superficial puede provocar conjuntivitis y dermatitis papulovesicular, que a veces puede confundirse con una respuesta inflamatoria de tipo alérgico. Si en vez de un contacto superficial lo que se produce es un cúmulo de berilio insoluble en la dermis, se originan lesiones de granulomatosas alrededor del infiltrado que puede llevar a la aparición de lesiones ulcerantes o necrotizantes.11 12 En ciertos casos también pueden darse reacciones de hipersensibilidad tipo IV por el contacto del berilio con la piel.13
Neumonitis química aguda
Se trata de una reacción inflamatoria generalizada del tracto respiratorio (incluyendo cavidad nasal, faringe, vías aéreas traqueobronquiales y alveolos) en respuesta a la presencia de berilio o algunos de sus compuestos derivados y que se produce de manera inmediata tras la inhalación. Esta situación era bastante común durante la extracción del mineral.
La enfermedad suele remitir en semanas o meses, aunque en casos de exposición alta puede ser fulminante en el acto. También es de destacar que alrededor del 15-20% de los casos acaba derivando en enfermedad granulomatosa crónica.14
Enfermedad granulomatosa crónica
También conocida como beriliosis o CBD por sus siglas en inglés (Chronic Beryllium Disease), fue la primera enfermedad descrita relacionada con la exposición sistemática a sales de berilio (principalmente óxido de berilio). Se estima que entre el 1 y el 15% de la población que se encuentre expuesta de manera continuada desarrolla una sensibilización.
Se trata de una enfermedad causada por una respuesta de hipersensibilidad pulmonar debida a la exposición continuada a partículas de berilio por vía inhalatoria, aunque en ocasiones se puede desarrollar tras una sola exposición. Esta respuesta inmune está mediada porlinfocitos T y citokinas, como TNF-α e Interleucina-2.15
La enfermedad suele cursar con inflamación granulomatosa pulmonar, disnea de esfuerzo, tos, dolor torácico, pérdida de peso, fatiga y debilidad generalizada. El signo más característico de esta enfermedad es el aumento de la fibrosis intersticial, que se traduciría en una pérdida de la funcionalidad alveolar, una disminución de la efectividad del intercambio gaseoso a nivel pulmonar y, en consecuencia, un aumento de la disfunción respiratoria. A largo plazo se ha observado que también puede aparecer hipertrofia ventricular derecha. En casos graves se ha llegado a observar cianosis y osteoartropatía hipertrófica.
Por rayos X se puede apreciar pequeños granulomas intersticiales en los alveolos similares a los de sarcoidosis,16 lo que hace que en ocasiones se confunda con esta enfermedad cuando la sintomatología aún no está demasiado definida.
Carcinogenicidad
El berilio ha sido clasificado como un compuesto carcinogénico dentro de la categoría 1 de la IARC, o lo que es lo mismo, existen pruebas concluyentes de su capacidad carcinogénica tanto en animales como en humanos.17
Límites de exposición
La regulación española establece como valor límite de exposición diaria (VLA-ED) la cantidad de 0.0002 miligramos por metro cúbico de aire.
Berilio |  |
Número Atómico: 4
Masa atómica: 9,0122
Número de protones/electrones: 4
Número de neutrones (Isótopo 9-Be): 5
Estructura electrónica: [He] 2s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 2
Números de oxidación: +2
Masa atómica: 9,0122
Número de protones/electrones: 4
Número de neutrones (Isótopo 9-Be): 5
Estructura electrónica: [He] 2s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 2
Números de oxidación: +2
Electronegatividad: 1,57
Energía de ionización (kJ.mol-1): 899
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): -48
Radio atómico (pm): 112
Radio iónico (pm) (carga del ion): 27(+2)
Energía de ionización (kJ.mol-1): 899
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): -48
Radio atómico (pm): 112
Radio iónico (pm) (carga del ion): 27(+2)
Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 9,8
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 308,8
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 308,8
Punto de Fusión (ºC): 1287
Punto de Ebullición (ºC): 2471
Densidad (kg/m3): 1847,7; (20ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 4,878
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Gris acero
Punto de Ebullición (ºC): 2471
Densidad (kg/m3): 1847,7; (20ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 4,878
Estructura cristalina: Hexagonal
Color: Gris acero
Isótopos: Un isótopo natural: 9-Be. Nueve isótopos inestables cuyo período de semidesintegración oscila entre 4,5 milisegundos (14-Be) y 1,51x106 años (10-Be).
Descubierto en: 1798
Descubierto por: F. Vauquelin
Fuentes: Berilo (silicato de aluminio y berilio: [Be3Al2Si6O18] = 3BeO.Al2O3.6SiO2), bertrandita [Be4(SiO4)2.H2O], crisoberilo [BeO.Al2O3] y fenaquita [Be2SiO4]. La esmeralda y aguamarina son dos piedras preciosas de berilo con impurezas de Cr3+ y Fe3+, respectivamente.
Usos: Debido a su baja densidad se emplea en la construcción de satélites y misiles (lockalloy: con 38% de aluminio). También en ventanas de tubos de Rayos X, ya que al tener pocos electrones, láminas finas del metal son transparentes a los mismos y esto se usa para litografiado con rayos X de microcircuitos integrados. Aleado con cobre se usa para muelles de reloj, contactos eléctricos, electrodos de soldadura de punto. Moderador y reflector en reactores nucleares (baja sección de absorción de neutrones térmicos) y fuente de neutrones mezclado con un emisor de partículas a. Otras aplicaciones en donde se requiere ligereza, rigidez y estabilidad dimensional: giróscopos, partes de computadoras, aviones, cohetes y satélites, armadura de limpiaparabrisas, frenos de disco, estructuras,......
Descubierto por: F. Vauquelin
Fuentes: Berilo (silicato de aluminio y berilio: [Be3Al2Si6O18] = 3BeO.Al2O3.6SiO2), bertrandita [Be4(SiO4)2.H2O], crisoberilo [BeO.Al2O3] y fenaquita [Be2SiO4]. La esmeralda y aguamarina son dos piedras preciosas de berilo con impurezas de Cr3+ y Fe3+, respectivamente.
Usos: Debido a su baja densidad se emplea en la construcción de satélites y misiles (lockalloy: con 38% de aluminio). También en ventanas de tubos de Rayos X, ya que al tener pocos electrones, láminas finas del metal son transparentes a los mismos y esto se usa para litografiado con rayos X de microcircuitos integrados. Aleado con cobre se usa para muelles de reloj, contactos eléctricos, electrodos de soldadura de punto. Moderador y reflector en reactores nucleares (baja sección de absorción de neutrones térmicos) y fuente de neutrones mezclado con un emisor de partículas a. Otras aplicaciones en donde se requiere ligereza, rigidez y estabilidad dimensional: giróscopos, partes de computadoras, aviones, cohetes y satélites, armadura de limpiaparabrisas, frenos de disco, estructuras,......
Curiosidades sobre el elemento: También se ha denominado Glucinio. Descubierto su óxido en el berilo y las esmeraldas por Vauquelin en 1798. Lo aislaron independientemente, en 1828, Wöhler y Bussy mediante reducción del cloruro de berilio con potasio. Lebeau lo obtuvo puro en 1898 mediante electrólisis de Na2BeF4. Se encuentra en unas treinta especies minerales, entre las cuales, las más importantes son: bertrandita, berilo (las dos fuentes comerciales más importantes), crisoberilo y fenaquita. En el caso del berilo se encuentran cristales de varias toneladas. Las aguamarinas y esmeraldas (impurezas de Cr3+) son formas preciosas del berilo. Se encuentra en la corteza en una proporción en peso del 2,8x10-4 %.
Actualmente se prepara el metal por reducción del fluoruro con magnesio metálico, principalmente. Sin embargo, no ha estado disponible comercialmente hasta 1957.
Es un metal gris acero con muchas buenas propiedades. Muy duro y quebradizo, no magnético, excelente conductividad térmica y eléctrica (10% de la del cobre), buena elasticidad (módulo de elasticidad un tercio mayor que el del acero). Es uno de los metales más ligeros y, entre ellos, es de los de mayor punto de fusión; por encima de 600ºC es fácilmente maleable. Tiene una permeabilidad alta a los rayos X (tiene pocos electrones) y cuando es bombardeado por partículas a (del radio o polonio) se producen grandes cantidades de neutrones (30 neutrones/millón de partículas a). Es el más no metal de los elementos del grupo: su óxido e hidróxido son anfóteros.
A temperatura ordinaria, el berilio es resistente a la oxidación en el aire, aunque la posibilidad de rayarlo con vidrio se debe probablemente a la formación de una fina capa de óxido. En presencia de humedad o con agua se recubre de una fina capa de hidróxido que le protege del posterior ataque por el oxígeno o el agua incluso a altas temperaturas. Resiste el ataque del ácido nítrico concentrado. No reacciona con el hidrógeno.
En estado líquido es muy reactivo.
Por sus propiedades de baja densidad y elevada dureza se utiliza como material estructural: Se usa en aleaciones como la de cobre-berilio (2-3% de Be), una aleación muy resistente a la presión, no magnética, conductora, empleada en la fabricación de muelles, contactos eléctricos, electrodos de soldadura y herramientas antichispa usadas en refinerías petrolíferas, elevadores de cereales y otros lugares donde existe la posibilidad de explosión, estructuras de parabrisas, discos de freno y otros instrumentos donde se requiere ligereza, rigidez y estabilidad dimensional: giróscopos, partes de computadoras, etc.. Con aluminio (38%) produce materiales estructurales empleados en escudos térmicos de astronaves, en aviones supersónicos, en misiles y satélites de comunicaciones. Con níquel produce aleaciones extremadamente duras.
Al ser relativamente transparente a los rayos X, capas finas de berilio se usan en litografía con rayos X para la reproducción de microcircuitos integrados y en ventanas de tubos de rayos X.
Debido a su baja sección de captura de neutrones térmicos se usa como reflector y moderador en reactores nucleares.
Se presenta en dos modificaciones: a-Be (hexagonal) que se transforma en b-Be (cúbica centrada en el cuerpo) por encima de 1250ºC.
Las propiedades de sus compuestos se deben al pequeño tamaño del ion Be2+, lo que conduce a que sean marcadamente covalentes:
El óxido es un polvo blanco que tiene un punto de fusión muy alto (2670ºC) y también se usa en la industria nuclear y en la fabricación de cerámicas. Es anfótero y se disuelve tanto en ácidos como en bases.
Tanto el berilio (y sus aleaciones) como sus sales son tóxicas (por su acción sobre los pulmones) y deben ser manejadas con mucho cuidado. No deben chuparse para comprobar el sabor dulce del berilio, como hacían los primeros investigadores.
Actualmente se prepara el metal por reducción del fluoruro con magnesio metálico, principalmente. Sin embargo, no ha estado disponible comercialmente hasta 1957.
Es un metal gris acero con muchas buenas propiedades. Muy duro y quebradizo, no magnético, excelente conductividad térmica y eléctrica (10% de la del cobre), buena elasticidad (módulo de elasticidad un tercio mayor que el del acero). Es uno de los metales más ligeros y, entre ellos, es de los de mayor punto de fusión; por encima de 600ºC es fácilmente maleable. Tiene una permeabilidad alta a los rayos X (tiene pocos electrones) y cuando es bombardeado por partículas a (del radio o polonio) se producen grandes cantidades de neutrones (30 neutrones/millón de partículas a). Es el más no metal de los elementos del grupo: su óxido e hidróxido son anfóteros.
A temperatura ordinaria, el berilio es resistente a la oxidación en el aire, aunque la posibilidad de rayarlo con vidrio se debe probablemente a la formación de una fina capa de óxido. En presencia de humedad o con agua se recubre de una fina capa de hidróxido que le protege del posterior ataque por el oxígeno o el agua incluso a altas temperaturas. Resiste el ataque del ácido nítrico concentrado. No reacciona con el hidrógeno.
En estado líquido es muy reactivo.
Por sus propiedades de baja densidad y elevada dureza se utiliza como material estructural: Se usa en aleaciones como la de cobre-berilio (2-3% de Be), una aleación muy resistente a la presión, no magnética, conductora, empleada en la fabricación de muelles, contactos eléctricos, electrodos de soldadura y herramientas antichispa usadas en refinerías petrolíferas, elevadores de cereales y otros lugares donde existe la posibilidad de explosión, estructuras de parabrisas, discos de freno y otros instrumentos donde se requiere ligereza, rigidez y estabilidad dimensional: giróscopos, partes de computadoras, etc.. Con aluminio (38%) produce materiales estructurales empleados en escudos térmicos de astronaves, en aviones supersónicos, en misiles y satélites de comunicaciones. Con níquel produce aleaciones extremadamente duras.
Al ser relativamente transparente a los rayos X, capas finas de berilio se usan en litografía con rayos X para la reproducción de microcircuitos integrados y en ventanas de tubos de rayos X.
Debido a su baja sección de captura de neutrones térmicos se usa como reflector y moderador en reactores nucleares.
Se presenta en dos modificaciones: a-Be (hexagonal) que se transforma en b-Be (cúbica centrada en el cuerpo) por encima de 1250ºC.
Las propiedades de sus compuestos se deben al pequeño tamaño del ion Be2+, lo que conduce a que sean marcadamente covalentes:
El óxido es un polvo blanco que tiene un punto de fusión muy alto (2670ºC) y también se usa en la industria nuclear y en la fabricación de cerámicas. Es anfótero y se disuelve tanto en ácidos como en bases.
Tanto el berilio (y sus aleaciones) como sus sales son tóxicas (por su acción sobre los pulmones) y deben ser manejadas con mucho cuidado. No deben chuparse para comprobar el sabor dulce del berilio, como hacían los primeros investigadores.
No hay comentarios:
Publicar un comentario