Berilio
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Berilio. Elemento químico, Be, número atómico 4, con un peso atómico de 9.0122. El berilio, metal raro, es uno de los metales estructurales más ligeros, su densidad es cerca de la tercera parte de la del aluminio. Algunas de las propiedades físicas y químicas importantes del berilio se dan en la tabla. El berilio tiene diversas propiedades no comunes e incluso especiales.
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 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, relevadores 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 fuego.
Sumario
Características principales
El berilio tiene uno de los puntos de fusión más altos entre los metales ligeros. Su módulo de elasticidad es aproximadamente un 33% mayor que el del acero. Tiene una conductividad térmica excelente, es no magnético y resiste el ataque con ácido nítrico.
Es muy permeable a los rayos X y, al igual que el radio y el polonio, libera neutrones cuando es bombardeado con partículas alfa (del orden de 30 neutrones por millón de partículas alfa). En condiciones normales de presión y temperatura el berilio resiste la oxidación del aire, aunque la propiedad de rayar al cristal se debe probablemente a la formación de una delgada capa de óxido.
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 de circuitos integrados.
- Moderador de neutrones en reactores nucleares.
- Por su rigidez, ligereza y estabilidad dimensional, se emplea en la construcción de diversos dispositivos como giróscopos, 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.
Metalurgia
La metalurgia del berilio comprende dos procesos para extraer el óxido o hidróxido de berilio de la mena. Existen también dos métodos para reducir el BeO a berilio metálico. Los dos métodos de extracción se basan en la disolución del óxido como fluoruro o como sulfato. La reducción se logra, térmicamente, con la adición de magnesio al fluoruro de berilio, y, electrolíticamente, con el cloruro de berilio. Más del 90% del metal se obtiene por el proceso térmico.
Los lingotes de berilio colados en vacío se producen como materia prima para el proceso de metalurgia de polvos, lo que ocurre con el 90% del material que se produce, o se cuelan directamente para su procesamiento posterior. Las partes maquinadas se hacen por lo general de productos de polvos metálicos, mientras que los lingotes de berilio se laminan o trabajan de otra forma.
El berilio puede soldarse autógenamente, con soldadura blanda, con soldadura fuerte, o bien, ligarse en forma plástica, con ligantes fuertes y plásticos, así como con sujetadores mecánicos, todo lo que constituye los métodos usuales de producción. La protección superficial de superficies pulidas de berilio puede proporcionarse por anodizado, pulido óptico, o usando recubrimientos comunes o de conversión. El maquinado y el fresado químico sirven para obtener superficies con grabados y daños mínimos.
El berilio tiene una larga historia en la energía nuclear como fuente de neutrones, reflector y moderador en reactores térmicos e intermedios. Las aplicaciones aeroespaciales del berilio proporcionan un ahorro en peso hasta del 60%, respecto de otros materiales y empleando el mismo diseño. La amplia utilización del berilio en material de protección para el reingreso a la atmósfera en estructuras de naves espaciales se debe a su resistencia a temperaturas elevadas y a su capacidad térmica. La transparencia del metal a la radiación (por esto se usa en ventanas para rayos X), es también importante en estructuras de proyectiles dirigidos (misiles o cohetes), las cuales deben resistir pulsos electromagnéticos creados por tácticas antiproyectiles. Finalmente, su capacidad de ser maquinado con tolerancias muy estrechas, aunada a su estabilidad dimensional, han motivado que el berilio se use casi en forma exclusiva en dispositivos de control y de navegación por guía inercial.
Historia
El berilio (del griego βερυλλoς berilo) o glucinio (del inglés glucinium y éste del griego γλυκυς, dulce) por el sabor de sus sales, fue descubierto por Vauquelin en 1798 en forma de óxido en el berilo y la esmeralda. Friedrich Wöhler y A. A. Bussy de forma independiente aislaron el metal en 1828 mediante reacción de potasio con cloruro de berilio.
Abundancia y obtención
El berilio se encuentra en 30 minerales diferentes, siendo los más importantes berilo y bertrandita, principales fuentes del berilio comercial, crisoberilo y fenaquita. Actualmente la mayoría del metal se obtiene mediante reducción de fluoruro de berilio con 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 al bombardear la radiación cósmica el 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 1,5 millones de años) 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, 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).
Precauciones
El berilio y sus sales son tóxicas y potencialmente carcinógenas. La beriliosis crónica es una afección pulmonar causada por exposición al polvo de berilio catalogada como enfermedad profesional. Los primeros casos de neumonitis química aguda por exposición al berilio se produjeron en 1933 en Europa y en 1943 en los Estados Unidos; en 1946 se describieron los primeros casos de beriliosis entre los trabajadores de una planta de fabricación de tubos fluorescentes en Massachusetts.
La beriliosis se asemeja a la sarcoidosis en muchos aspectos, lo que dificulta en ocasiones el diagnóstico. Aunque la utilización de compuestos de berilio en lámparas fluorescentes se interrumpió en 1949, la exposición profesional se produce en las industrias nuclear y aeroespacial, en el refinado del metal y en la fusión de las aleaciones que lo contienen, en la fabricación de dispositivos electrónicos y en la manipulación de otros materiales que contienen berilio.
El berilio y sus compuestos deben manipularse con mucho cuidado, extremando las precauciones cuando durante la actividad pueda generarse polvo de berilio ya que la exposición prolongada al polvo de berilio puede causar cáncer de pulmón. La sustancia puede manipularse con seguridad siempre y cuando se sigan ciertos procedimientos. Si éstos se desconocen no debe intentarse la manipulación del berilio.
Efectos sobre la salud
Los efectos dependen del nivel y de la duración de la exposición. Si el nivel es suficientemente alto, por encima de 1000 μg/m3 en el aire respirado, puede provocar una enfermedad aguda por berilio o beriliosis aguda, la cual causa una inflamación grave de los pulmones; en general, los valores límites para el berilio atmosférico contemplados en la legislación de higiene industrial que fijan los niveles máximos de exposición laboral, permiten controlar de forma efectiva este riesgo. Entre el 1 y el 15% de la población expuesta desarrolla sensibilización al berilio.
Estas personas pueden desarrollar procesos inflamatorios del aparato respiratorio (enfremedad crónica por berilio o beriliosis crónica) que pueden manifestarse años después de la exposición laboral cuando ésta ha superado los niveles de exposición recomendados (0,2 μg/m3). El riesgo de la población general a contraer estas enfermedades es muy bajo ya que los niveles de berilio en entornos no laborales son muy bajos (0,00003-0,0002 μg/m3).
La intoxicación por ingestión de berilio no se conoce ya que la cantidad de berilio absorbida por el organismo por esa vía es muy pequeña, aunque han podido observarse úlceras en perros tras la ingesta de berilio. El contacto del berilio con la piel tras un rasguño o corte, puede causar eczema y úlceras cutáneas. La exposición prolongada incrementa el riesgo de contraer cáncer de pulmón. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer ha determinado que el berilio es un carcinógeno humano.
Fuentes
- Historia del Berilio
- Características erales
- Propiedades químicas y efectos sobre la salud
- Abundancia y obtención
- Enciclopedia McGraw-Hill de Ciencia y Tecnología. 2da. Edición, Tomo I, 1992, pp.275
