Berillium

A berillium acélszürke színű, kemény fém; szobahőmérsékleten rideg, kristályszerkezete hexagonális szoros illeszkedésű.^[4] Kiemelkedően magas a hajlítómerevsége (rugalmassági modulusa 287 GPa); olvadáspontja (1277 °C) és forráspontja (2970 °C) a legmagasabb az alkáliföldfémek között. A rugalmassági modulusa körülbelül másfélszerese az acélénak (210 GPa). A magas modulus, és az alacsony sűrűség kombinációjaként a hang terjedési sebessége a berilliumban szokatlanul nagy, 12,9 km/s normál körülmények között. További jelentős tulajdonságai közé tartozik a nagy fajhő (1925 J/(kg·K)) és hővezetési tényező (216 W/(m·K)), melyek a berilliumot egységnyi tömegre vetítve a legjobb hőleadási karakterisztikájú fémmé teszik. Ez a viszonylag alacsony lineáris hőtágulási együtthatóval párosulva (11,4 ·10⁻⁶ 1/K) egyedülálló stabilitást biztosít a berillium számára a hőterheléssel szemben.^[6]

A természetes berillium – eltekintve a csekély kozmogenikus radioizotóp szennyeződéstől – lényegében berillium-9, melynek magspinje 3/2−. A berilliumnak nagy a szórási keresztmetszete a nagy energiájú neutronokkal szemben: ~0,01 MeV energia felett mintegy 6 barn. Emiatt neutron-reflektorként és neutronmoderátorként viselkedik, hatékonyan lassítja le a neutronokat a 0,03 eV alatti termikusenergia-tartományba, ahol a teljes hatáskeresztmetszete már legalább egy nagyságrenddel kisebb; a pontos érték erősen függ az anyagban lévő krisztallitok tisztaságától és méretétől.

A berillium egyetlen primordiális izotópja (⁹Be) 1,9 MeV neutron energia felett (n, 2n) neutronreakción megy keresztül, és belőle ⁸Be keletkezik, mely szinte azonnal két alfa-részecskére bomlik. Így a nagy energiájú neutronokkal szemben a berillium neutron-sokszorozó, azaz több neutront szabadít fel, mint amennyit elnyel. A magreakció egyenlete:^[7]

${\displaystyle {}_{4}^{9}\mathrm {Be} _{\ }^{\ }+\ \mathrm {n} \ \rightarrow \ 2\left({}_{2}^{4}\mathrm {He} _{\ }^{\ }\right)\ +\ 2\ \mathrm {n} }$

Ha a berillium atommagokat nagy energiájú alfa-részecskék találják el, neutronok szabadulnak fel:^[6]

${\displaystyle {}_{4}^{9}\mathrm {Be} _{\ }^{\ }+\ {}_{2}^{4}\mathrm {He} _{\ }^{\ }\rightarrow \ {}_{6}^{12}\mathrm {C} _{\ }^{\ }+\ \mathrm {n} }$

A reakció során szén-12 keletkezik.^[7]

A berilliumban gamma-sugárzás hatására is szabadul fel neutron. Így a megfelelő radioizotópból származó alfa- vagy gamma-sugárzással bombázott természetes berillium a laboratóriumokban a szabad neutronok előállítására használt magreakción alapuló radioizotópos neutronforrások kulcseleme. A berilliumfém átlátszó a röntgen- és gamma-sugárzás hullámhossztartományában, így röntgencsövek és más hasonló készülékek kimeneti ablakaként használható.

Bővebben: A berillium izotópjai

A berillium stabil és instabil izotópjai egyaránt létrejönnek a csillagokban, de ezek nem tartanak sokáig. A jelenlegi vélekedés szerint, az univerzumban található stabil berillium legnagyobb része eredetileg a csillagközi anyagban jött létre, amikor a csillagközi gázban és porban található nehezebb elemek a kozmikus sugárzás hatására maghasadást szenvedtek.^[8] A berilliumnak egyetlen stabil izotópja van, a ⁹Be.

A radioaktív, kozmogén ¹⁰Be a Föld légkörében keletkezik, az oxigén és nitrogén kozmikus sugárzás okozta spallációja (elhasítása) révén.^[9] Mivel a berillium 5,5 -ös pH érték alatt általában oldott formában van jelen, és az esővíz pH értéke 5-nél kisebb; ezért kimosódik a légkörből és lejut a földfelszínre. Itt a berillium-10 kicsapódik az esővízből, és a talaj felszínén gyülemlik fel, ahol a viszonylag hosszú felezési ideje (1,5 millió év) miatt sokáig megtalálható, mielőtt bór-10-é bomlik. Emiatt a berillium-10 izotópot és bomlástermékeit a talajerózió; a málladékból történő talajképződés; a laterit talaj kialakulás; és a naptevékenység változás tanulmányozásakor; illetve a jégmagok kormeghatározásakor használják.^[10] A ¹⁰Be keletkezése fordítottan arányos a naptevékenységgel, ugyanis a magas intenzitású időszakok alatt a fokozott napszél csökkenti a Földet elérő galaktikus, kozmikus sugarak fluxusát.^[9] Nukleáris robbantások során is keletkezik ¹⁰Be: a gyors neutronok reakcióba lépnek a levegő szén-dioxidjában lévő ¹³C izotópokkal. Így ez az egyik indikátora a múltbéli tevékenységeknek az atomfegyver-tesztelési helyszíneken.^[11]

A ⁷Be izotóp (felezési ideje 53 nap) is kozmogenikus, és a ¹⁰Be izotóphoz hasonlóan a napfoltokhoz kapcsolható légköri előfordulást mutat.

A berillium-8 felezési ideje nagyon rövid: 7 ×10⁻¹⁷ s; mely hozzájárul jelentős kozmológiai szerepéhez, nevezetesen, hogy az ősrobbanás során magfúzióval nem jöhettek létre a berilliumnál nehezebb elemek.^[12] Ennek az az oka, hogy az ősrobbanás nukleoszintézis fázisában nem volt elég idő arra, hogy a ⁴He atommagok és az igen kis koncentrációban jelen lévő ⁸Be izotópok szénné egyesülhessenek. Sir Fred Hoyle brit csillagász mutatta meg először, hogy a ⁸Be és a ¹²C magenergia szintjei lehetővé teszik szén keletkezését a hélium-fűtőanyagú csillagokban, az úgynevezett háromalfa-ciklus során, melyben több idő áll rendelkezésre. A csillagok által létrehozott szén (a szén-alapú élet alapeleme) tehát alkotórésze az aszimptotikus óriáság csillagai (AGB), és a szupernóvák által kilökött gáznak és pornak.^[13]

A berillium legbelső elektronjai bizonyos mértékben részt vehetnek a kémiai kötések kialakításában. Ezért, amikor a ⁷Be izotóp elektronbefogással bomlik, ez úgy történik, hogy olyan elektronhéjakról fog be elektronokat, melyek potenciálisan kémiai kötést létesíthetnek. Ennek következtében a bomlási sebesség mérhető mértékben függ az elektronszerkezettől – ez ritkán fordul elő a radioaktív bomlások közt.^[14]

A berillium legrövidebb életű ismert izotópja a berillium-13, amely neutronemisszió révén bomlik. Felezési ideje 2,7 ·10⁻²¹ s. A ⁶Be izotóp szintén rövid életű: 5 ·10⁻²¹ s.^[15] Az egzotikus ¹¹Be és ¹⁴Be izotópok arról ismertek, hogy nukleonudvarral (halo) rendelkeznek.^[16] Ez a jelenség úgy érthető meg, hogy 1, illetve 4 neutron a mag klasszikus Fermi-féle „vízcsepp” modelljénél jóval nagyobb távolságra kering a mag körül.

A berillium koncentrációja a földkéregben hozzávetőleg 2-6 ppm;^[17] míg a Napban körülbelül 0,1 ppb.^[18] A legkoncentráltabban a talajban van jelen (6 ppm); de 0,2 ppt koncentrációban a tengervízben is megtalálható.^[19] A ⁹Be izotóp nyomokban megtalálható a Föld légkörében.^[19] A berillium rendkívül ritka a tengervízben, tömegkoncentrációja 0,0006 ppb;^[20] ezzel szemben folyóvízben sokkalta gyakoribb: tömegkoncentrációja 0,1 ppb.^[21]

A berillium több mint száz ásványban megtalálható, de ezek többsége meglehetősen ritka.^[22] A gyakoribb ásványok közé tartozik a bertrandit (Be₄Si₂O₇(OH)₂), a berill (Be₃Al₂Si₆O₁₈), a krizoberill (BeOAl₂O₃), és a fenakit (Be₂SiO₄). A berill értékes formái közé tartozik az akvamarin, a vörös berill és a smaragd.^[6][23][24] A berill drágakövek zöld színe a különböző mennyiségű króm szennyezésből származik (a smaragd esetében kb. 2 %).^[25]

A berillium két fő érce, a berill és a bertrandit megtalálható Argentínában, Brazíliában, Indiában, Madagaszkáron, Oroszországban és az Egyesült Államokban.^[25] A világ összes berilliumtartaléka meghaladja a 400 000 tonnát.^[25]

A berillium kinyerése az őt tartalmazó vegyületekből nehéz és bonyolult folyamat; mert magas hőmérsékleten nagy az affinitása az oxigénhez, illetve azon tulajdonsága miatt, hogy eltávolítva a felületéről a vékony oxidréteget, redukálja a vizet. Az Egyesült Államok, Kína és Kazahsztán az a három ország, ahol a berillium kitermelése ipari méreteket ölt.^[26]

A berilliumot leggyakrabban berillből nyerik ki, vagy egy extrakciós-vegyülethez szinterezve; vagy oldható eleggyé olvasztva. A szinterezési folyamat során a berillhez 770 °C-on nátrium-fluoroszilikátot és szódát kevernek; így nátrium-fluoroberillátot, alumínium-oxidot és szilícium-dioxidot alkotva.^[4] A berillium-hidroxid ezután a nátrium-fluoroberillát és a nátrium-hidroxid vizes oldatából kicsapódik. Az olvasztásos berillium kinyerési módszer során a berillt porrá őrlik, és 1650 °C-ra hevítik fel.^[4] Az olvadékot ezután vízzel gyorsan lehűtik, majd tömény kénsav jelenlétében újrahevítik 250-300 °C-ra; melynek eredményeképpen berillium-szulfát és alumínium-szulfát keletkezik.^[4] Vizes ammóniaoldat hozzávezetésével eltávolítható az alumínium és a kén, így végül hátramarad a berillium-hidroxid.

Mindkét folyamat berillium-hidroxidot eredményez; melyet ezután berillium-fluoriddá vagy berillium-kloriddá alakítanak. A berillium-fluorid előállításához a berillium-hidroxidhoz ammónium-hidrogén-fluorid vizes oldatát vezetik hozzá, amely ammónium-tetrafluoroberillát csapadékot képez. Ezt aztán 1000 °C-ra hevítve berillium-fluorid képződik.^[4] A fluoridot magnézium jelenlétében 900 °C-ra hevítve végre elkülönül berillium; további 1300 °C-ra való melegítéssel pedig létrejön maga a kompakt fém:^[4]

${\displaystyle \mathrm {BeF_{2}+Mg\rightarrow MgF_{2}+Be} \,\!}$

A berillium-hidroxid hevítésével oxid keletkezik, amely szénnel és klórral keverve berillium-kloridot képez. A berillium-klorid olvadék elektrolízisével ezután előállítható a fém.^[4]

A berillium kémiai viselkedése jellemzően a kis atom- és ionsugár következménye. Emiatt nagyon nagy ionizációs potenciállal bír; illetve a Be²⁺ ionnak annyira erős a polarizáló hatása, hogy még a legnehezebben polarizálható anionok elektronfelhőit is deformálja, kovalens kötést létesítve velük.^[4] A berillium az egyetlen elem a II. főcsoportban, amely nem képez ionos kötést; minden vegyületében kovalens kötéseket képez. Kémiailag leginkább az alumíniumra hasonlít, semmint a periódusos rendszerbeli szomszédjaira; ennek oka a hasonló töltés/sugár arány.^[4] A felületén igen vékony védő oxidréteg alakul ki, amely megakadályoz minden további levegővel való reakciót, hacsak nem hevül 1000 °C fölé.^[4][27] Ha már meggyulladt, a berillium ragyogó fénnyel ég, miközben berillium-oxid és berillium-nitrid elegye keletkezik.^[27] A berillium jól oldódik nem-oxidáló savakban, mint például sósavban és híg kénsavban; ezzel szemben nem oldódik salétromsavban és vízben: ez utóbbival oxidot képez.^[4] Ez a fajta viselkedése hasonló az alumíniuméhoz. A berilliumot az alkálilúgok melegben^[forrás?] oldják.^[4]

A berilliumatom elektronszerkezete a következő: [He] 2s². A két vegyértékelektron lehetővé teszi, hogy a berillium oxidációs száma +2 legyen; és ezáltal két kovalens kötést alakíthasson ki. Az egyetlen bizonyíték arra, hogy a berillium alacsonyabb vegyértékű is lehet az, hogy a fém oldódik BeCl₂-ban.^[28] Az oktettszabály értelmében az atomok minden esetben a 8 elektronos nemesgázszerkezet elérésére törekednek. A berillium a 4-es koordinációs szám elérésére törekszik, mert a két kovalens kötés ennek az oktettnek a felét teszi ki.^[4] Ez egyben azt is lehetővé teszi a berillium-vegyületek számára, hogy polimereket alkossanak; mint például a -fluorid vagy a -klorid esetében.

Ezt a tulajdonságát analitikai eljárásokban használják ki, melyeknél ligandumként EDTA-t alkalmaznak. Az EDTA elsősorban oktaéderes komplexeket képez, így más, például Al³⁺-t köt meg, amely zavarhatja például a Be²⁺ acetil-acetonnal alkotott komplexének oldószeres kinyerését.^[29] A berillium(II) általában könnyen képez komplexeket erős ligandum donorokkal, például foszfin-oxidokkal és arzén-oxidokkal. Ezeket a komplexeket kiterjedt vizsgálatoknak vetették alá, amelyek kimutatták a Be−O kötés stabilitását.^[forrás?]

A berillium sók, például a berillium-szulfát és a berillium-nitrát oldatai savas kémhatásúak a [Be(H₂O)₄]²⁺ ion hidrolízise miatt.

${\displaystyle \mathrm {\left[{Be\left(H_{2}O\right)_{4}}\right]^{2+}+\ H_{2}O\ \rightleftharpoons \ \left[{Be\left(H_{2}O\right)_{3}\left(OH\right)}\right]^{+}\ +\ H_{3}O^{+}} }$

A hidrolízis egyéb termékei közé tartozik még a [Be₃(OH)₃(H₂O)₆]³⁺ trimer ion. A berillium-hidroxid (Be(OH)₂) még 6-os pH alatti savakban sem oldódik. Amfoter tulajdonságú, és erősen lúgos oldatokban oldódik.

A berillium számos nemfémmel biner vegyületeket alkot. Vízmentes halogenidjei ismertek a fluorral, klórral, brómmal és a jóddal. A BeF₂ szerkezete a szilícium-dioxidéra hasonlít, csúcs-érintkezésű BeF₄ tetraéderekkel. A BeCl₂ és a BeBr₂ szerkezete láncszerű, él mentén érintkező tetraéderekkel. Gáz fázisban minden berillium-halogenidnek lineáris, monomer molekuláris szerkezete van.^[27]

A berillium-difluorid (BeF₂) különbözik a többi difluoridtól. Általában véve a berillium sokkal inkább hajlamos kovalens kötés kialakítására, mint a többi alkáliföldfém; fluoridja azonban csak részben kovalens (bár még mindig inkább ionos, mint a többi ionos halogenidje). A BeF₂ sok hasonlóságot mutat a SiO₂-vel (kvarc); amely nagyrészt kovalens kötéseket tartalmazó atomrácsos, szilárd anyag. A BeF₂ tetraéderesen koordinált fém, mely üvegeket alkot (nehéz kikristályosítani). Ha kristályos, a berillium-fluorid kristályszerkezete szobahőmérsékleten azonos a kvarcéval; illetve osztoznak számos magasabb hőmérsékletű kristályszerkezeten is. A berillium-difluorid – a többi alkáliföldfém-fluoridtól eltérően – nagyon jól oldódik vízben^[30] (melyek annak ellenére, hogy erősen ionos vegyületek, nem oldódnak, mert a fluorit szerkezetnek különösen nagy a rácsenergiája). Ugyanakkor oldott vagy olvadék állapotban a BeF₂ elektromos vezetőképessége sokkal alacsonyabb annál, mint amekkorát várhatnánk, ha teljesen ionos vegyület lenne.^{[31][32][33][34]}

Rend és rendezetlenség a difluoridokban
Az erős és stabil, ionos fluorit szerkezet; mely például a kalcium-fluoridban is megtalálható	A berillium üveg rendezetlen szerkezete (két dimenzió, vázlat)

A berillium-oxid (BeO) fehér színű, hőálló, szilárd anyag; amelynek wurtzit kristályszerkezete, és olyan jó hővezető képessége van, mint egyes fémeknek. Amfoter anyag. A berillium sóit Be(OH)₂ és savak reagáltatásával lehet előállítani.^[27] A berillium-szulfid, -szelenid és -tellurid ismert; ezek mindegyikének köbös kristályszerkezete van.^[28] A berillium-nitrid (Be₃N₂) magas olvadáspontú, könnyen hidrolizáló vegyület. Ismert a berillium-azid (BeN₆) és a berillium-foszfid (Be₃P₂), utóbbi szerkezete a berillium-nitridéhez hasonló. A berillium-nitrát és a berillium-acetát alapvetően hasonló tetraéderes szerkezetű: egy központi oxidiont négy berilliumatom vesz körül.^[28] Számos berillium-borid ismert, mint például a Be₅B, Be₄B, Be₂B, BeB₂, BeB₆ és a BeB₁₂. A berillium-karbid (Be₂C) hőálló, téglavörös vegyület, amely vízzel reagálva metánt képez.^[28]

A berilliumot tartalmazó berill ásványt már legalább az egyiptomi ptolemaioszi dinasztia óta használják.^[35] A Krisztus utáni első században, a római természettudós idősebb Plinius Naturalis Historia című enciklopédiájában megemlíti, hogy a berill és a smaragd (smaragdus) hasonló volt.^[36] A harmadik vagy negyedik században íródott Papyrus Graecus Holmiensis megjegyzéseket tartalmaz arra vonatkozóan, hogy miként kell mesterséges smaragdot és berillt készíteni.^[36]

A Martin Heinrich Klaproth, Torbern Olof Bergman, Franz Carl Achard, és Johann Jakob Bindheim által elvégzett, korai smaragd és berill elemzések mindig hasonló elemeket állapítottak meg; ami arra a téves következtetésre vezetett, hogy mindkét anyag az alumínium-szilikátok közé tartozik.^[37] René Just Haüy minearológus fedezte fel, hogy geometriailag mindkét kristály azonos, és ezért felkérte a vegyész Louis-Nicolas Vauquelint, hogy kémiai elemzést végezzen.^[35]

Vauquelin 1798-ban, az Institut de France előtt felolvasott tanulmányában jelentette be, hogy alumínium-hidroxid smaragdból és berillből való kioldásával új "földet" talált.^[38] Az Annales de Chimie et de Physique folyóirat szerkesztői bizonyos vegyületeinek édes íze miatt (a görög γλυχυς (glykys), édes szóból származtatva) glucine-nak nevezték.^[39] Magyar elnevezése ebben az időben a glucínium volt. Klaproth ezzel szemben a beryllina nevet preferálta, amiatt, hogy az ittrium is képez édes sókat.^[40][41] A berillium elnevezést először Wöhler használta 1828-ban.^[42]

Friedrich Wöhler^[43] és Antoine Alexandre Brutus Bussy^[44] 1828-ban egymástól függetlenül izolálta a berilliumot berillium-klorid és fém kálium kémiai reakciójával:

${\displaystyle \mathrm {BeCl_{2}\ +\ 2\ K\ \rightarrow \ 2\ KCl\ +\ Be} }$

Wöhler egy alkoholos lámpa segítségével a berillium-klorid és a kálium váltakozó rétegeit egy platinatégelyben melegítette fel. A fenti reakció azonnal végbement, a tégely pedig fehér izzásig hevült. A kapott szürkésfekete por lehűtése és mosása után azt tapasztalta, hogy a keletkezett finom szemcsék sötét, fémes csillogásúak.^[45] A rendkívül reaktív káliumot a 21 évvel korábban felfedezett eljárás szerint a kálium vegyületeinek elektrolízisével állította elő. A káliummal való kémiai reakció csak apró berilliumszemcséket eredményezett, amelyekből nem lehetett további feldolgozásra alkalmas berilliumrudat önteni vagy kovácsolni.

A berillium-fluorid és nátrium-fluorid olvadékelegyének közvetlen elektrolízisét Paul Lebeau végezte el 1898-ban, előállítva ezzel az első tiszta (99,5-99,8 %) berilliummintát.^[45] Az első kereskedelmileg is sikeres eljárást a berillium előállítására Alfred Stock és Hans Goldschmidt dolgozta ki 1932-ben.^[45] Az ő eljárásuk berillium-fluorid és bárium elegyének elektrolízisét alkalmazta, melynek eredményeképpen olvadt berillium vált ki a vízhűtésű vaskatódon.

James Chadwick 1932-es kísérletében rádium bomlásából származó alfa-részecskékkel bombázott egy berilliummintát; melynek eredményeképpen bebizonyította, hogy a neutron létezik.^[25] Ez ugyanaz a módszer, amelyet a radioizotóp-alapú laboratóriumi neutronforrások egyik típusa használ, mintegy 30 neutront állítva elő ezzel minden millió α-részecske után.^[17]

A berillium termelés a második világháború alatt gyors növekedésnek indult, mivel megnőtt a kereslet a kemény berillium-réz ötvözetek és a fénycsövekben lévő fényporok után. A legtöbb korai fénycsőben cink-ortoszilikátot és különböző mennyiségű berilliumot alkalmaztak a zöldes fény kibocsátására. Csekély magnézium-volframát hozzáadásával javult a spektrum kék része, így elfogadható fehér fény keletkezett. Miután bebizonyosodott, hogy a berillium mérgező, a berilliumalapú fényporokat leváltották a halofoszfát-alapú fényporok.^[46]

A berillium-fluorid és nátrium-fluorid olvadékelegyének elektrolízise a 19. század végéig bevett eljárás volt a berillium izolálására. A fém magas olvadáspontja miatt ez a folyamat azonban több energiát igényel, mint a többi alkálifém előállítása esetében. A berillium-jodid termikus bontása, mint berillium előállító módszer tanulmányozásra került a 20. század elején, egy ehhez hasonló cirkónium-előállító eljárás sikerét követően; de ez a folyamat ipari termelésre nézve gazdaságtalannak bizonyult.^[47]

A fémtiszta berillium 1957-ig nem volt könnyen elérhető, még annak ellenére sem, hogy a rézhez adva már régóta keménység-, és szívósságnövelő ötvözőként használták.^[25] A berillium előállítható lenne berilliumvegyületek – mint például a berillium-klorid – káliummal vagy nátriummal történő redukciójával. Jelenleg a legtöbb berilliumot, berillium-fluorid tisztított magnézium általi redukciójával termelik. 2001-ben a vákuumöntéssel gyártott berilliumbuga ára az amerikai piacon 745 dollár (167 327 Ft)^[48] volt kilogrammonként.^[49] 1998 és 2008 között a világ berilliumtermelése 343-ról 200 tonnára csökkent, melyből 176 tonnát (88%) az Egyesült Államok állított elő.^[50][51]

A berillium szó korai használata számos nyelvre visszavezethető, beleértve a latin beryllus; a francia béry; a görög βήρυλλος, bērullos, beryl; a prakrit veruliya (वॆरुलिय‌); a pāli veḷuriya (वेलुरिय), veḷiru (भेलिरु) vagy a viḷar (भिलर्) – "elsápadni" (a sápadt féldrágakőre, a berillre utalva) szavakat. Az eredeti forrása valószínűleg a vaidurya (वैडूर्य) szanszkrit szó, amely dravida eredetű, és a mai modern város, Belur nevéből származtatható.^[52] Körülbelül 160 évig a berillium sóinak édes íze miatt (a görög glykys édes szóból) glucinum illetve glucínium néven volt ismert.^[53] (Kémiai szimbóluma is "Gl" volt).^[54]

A becslések szerint a legtöbb berilliumot katonai alkalmazásokban használják fel, emiatt kevés információ hozzáférhető.^[55]

Az alacsony rendszáma és a nagyon alacsony röntgensugár-abszorpciója miatt a berillium legrégebbi és még mindig az egyik legfontosabb alkalmazási területe a röntgencsövek sugárzási ablaka.^[25] A hibamentes röntgenképek érdekében extrém követelményeket támasztanak az alkalmazott berillium vegytisztaságára vonatkozóan. A röntgendetektorok sugárzási ablakaként vékony berilliumfóliát alkalmaznak, így a rendkívül alacsony abszorpció minimálisra csökkenti a magas intenzitású, alacsony energiájú röntgen (jellemzően szinkrotron) sugárzás melegítő hatását. A szinkrotronsugárzást vizsgáló kísérletekben alkalmazott vákuum-záró ablakokat és sugárcsöveket kizárólag berilliumból gyártják. A különféle röntgenkibocsátást vizsgáló tanulmányokban (pl. energia-diszperzív röntgenspektroszkópia) a mintatartó általában berilliumból készül, mert a berillium által kibocsátott röntgensugárzás sokkal alacsonyabb energiájú (kb. 100 |eV), mint a legtöbb tanulmányozott anyagból kibocsátott.^[6]

A berillium alacsony rendszáma viszonylag áthatolhatóvá teszi a fémet az energetikus részecskékkel szemben is. Ezért a részecskefizikai kutatásokban – mint például a Nagy Hadronütköztető mind a négy detektorában (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb),^[56] valamint a Tevatronban és a SLAC-ben – a sugárcső ütközési régió körüli részének felépítésére használják. A berillium alacsony sűrűsége lehetővé teszi, hogy az ütközés termékei jelentős kölcsönhatások végbemenetele nélkül érjék el a környező detektorokat; merevsége lehetővé teszi, hogy a csövön belül erős vákuum uralkodhasson, így minimalizálva a gázokkal történő kölcsönhatásokat is. Termikus stabilitása következtében mindössze néhány fokkal az abszolút zéró hőmérséklet felett is megfelelően működik; diamágneses természete pedig megóvja attól, hogy interferáljon a részecskesugarak irányítására és fókuszálására használt komplex többpólusú mágnesrendszerekkel.^[57]

Merevsége, kis súlya és széles hőmérséklet-tartománybeli méretstabilitása miatt, a fém berilliumot a védelmi- és az űripar használja fel a könnyűszerkezetekben, nagy sebességű repülőgépekben, irányított rakétákban, űreszközökben, és műholdakban. Számos folyékony-üzemanyagú rakéta fúvókája tiszta berilliumból készül.^[58][59] A berilliumport magát is vizsgálták, mint lehetséges rakéta-üzemanyagot, de ez sosem valósult meg.^[25] Kis számban kerékpárvázak is készültek berilliumból.^[60] 1998 és 2000 között a McLaren Formula–1 istálló által használt Mercedes-Benz motorokban berillium-alumínium-ötvözet dugattyúk voltak.^[61] A berillium motoralkatrészek használatát ezt követően a Scuderia Ferrari nyomására betiltották.^[62] A berillium egy korábbi fő alkalmazási területe volt a katonai repülőgépek fékberendezése, a fém nagy keménysége, magas olvadáspontja, és kivételes hődisszipációs képessége miatt. Később környezetvédelmi megfontolásokból más anyagokkal helyettesítették.^[6]

A rézhez körülbelül 2% berilliumot adva berillium-réz ötvözet keletkezik, amely hatszor erősebb, mint a réz önmagában.^[63] A berilliumötvözeteket számos területen alkalmazzák; a fém rugalmassága, magas elektromos- és hővezetőképessége, nagy szilárdsága és keménysége, nem-mágneses tulajdonságai, jó korrózióállósága és kifáradási jellemzőinek kombinációja miatt.^[25][4] Ezek az alkalmazási területek magukban foglalják a robbanásveszélyes környezetben használt szikramentes szerszámokat (berillium-nikkel); sebészeti műszerekben használt rugókat és membránokat (berillium-nikkel és berillium-vas); illetve a magas hőmérsékleten alkalmazott eszközöket.^[25][4] Folyékony magnéziumhoz mindössze 50 ppm berilliumot ötvözve már jelentősen növekedik az oxidációs ellenállás és csökken a tűzveszélyesség.^[4]

A berillium nagy merevsége kiterjedt alkalmazásokhoz vezetett a precíziós műszerek területén, mint például tehetetlenségi navigációs rendszerek és optikai rendszerek támasztó mechanizmusai.^[6] Berillium-réz ötvözeteket keményítő adalékként alkalmaztak a Jason dugattyúban, amelyet a hajótest festésének eltávolítására használnak.^[64]

A költségek csökkentése érdekében a berillium jelentős mennyiségű alumíniummal ötvözhető, melynek eredménye az AlBeMet (márkanév). Ez az ötvözet olcsóbb, mint a tiszta berillium, miközben megtartja annak kívánatos tulajdonságait.

A berilliumtükrök különös jelentőséggel bírnak. A nagy felületű tükrök gyakran méhsejt tartószerkezettel rendelkeznek, például a meteorológiai műholdak esetében, ahol az alacsony súly és a hosszú távú méretstabilitás kritikus jelentőségű. Kisebb berilliumtükröket használnak az optikai irányítási- illetve tűzvezető rendszerekben, például a német gyártmányú Leopard 1 és Leopard 2 harckocsikban. Ezekben a rendszerekben a tükrök nagyon gyors mozgására van szükség, amely kis tömeget és nagy merevséget követel meg. A berillium tükrön általában kemény elektrolitikus nikkelbevonat található, amely könnyebben csiszolható a megfelelő optikai pontosságra, mint a berillium. Bizonyos alkalmazásoknál azonban a berillium közvetlenül, bevonat nélkül polírozott. Ez különösen érvényes a kriogenikus műveletekre, ahol a hőtágulás miatti elmozdulás a bevonat kihajlását okozza.^[6]

A James Webb űrtávcsövön 18 darab hatszögletű, aranybevonatú berilliumszegmens alkotja a tükröt.^[65][66] A JWST üzemi hőmérséklete 33 K, a berilliumtükrök ezt a rendkívüli hideget jobban képesek kezelni, mint az üveg. A berillium ugyanis kevésbé deformálódik és húzódik össze az üveggel összehasonlítva.^[67] Ugyanezen okból a Spitzer űrteleszkóp optikája teljes mértékben berilliumból készült.^[68]

A berillium nem mágneses. Ezért a tengerészet, illetve a katonai tűzszerészet berilliumból gyártott szerszámokat használ a tengeri aknák közelében, mert ezekben általában mágneses gyújtószerkezet található.^[69] Ezek a szerszámok a mágnesesrezonancia-képalkotó (MRI) berendezések építésekor és karbantartásakor is megtalálhatók, a gép keltette nagy mágneses tér miatt.^[70] A rádiókommunikációban és az erős (általában katonai) rádiólokátoroknál berilliumból készült kéziszerszámokkal állítják be az erősen mágneses klisztront, magnetront, haladó-hullám csöveket stb., amiket mikrohullámú sugárzás előállítására használnak.^[71]

Időnként atomfegyverekben is alkalmaznak vékony berillium lemezeket vagy fóliákat, a termonukleáris bombák elsődleges szakaszában a plutónium gödör külső rétegeként, a hasadóanyag körül elhelyezve. Ezek a rétegek jó "tolók" a plutónium-239 implóziójához (a robbanás, explózió ellentétes folyamata); ezenkívül jó neutron reflektorok, ahogy például a berillium-moderált atomreaktorokban is.^[72]

A berillium gyakran használt elem a laboratóriumi neutronforrások némelyikében, mert viszonylag kevés neutronra van szükség (atomreaktorral, vagy részecskegyorsító-alapú neutrongenerátorral összehasonlítva). Erre a célra berillium-9 céltárgyat, radioizotópból (például polónium-210, rádium-226, plutónium-239, vagy amerícium-241) származó energikus alfa-részecskékkel bombáznak. A végbemenő magreakcióban a berillium atommag szén-12-vé transzmutálódik; illetve egy szabad neutron is kibocsátódik, amely körülbelül ugyanabba az irányba halad, mint az alfa-részecske. Ilyen alfa-bomlás vezérelt berillium-neutronforrásokat (elnevezésük „csibész” (urchin)) alkalmaztak néhány korai atombombában is neutron iniciátorként.^[72] Léteznek olyan neutronforrások, amelyekben a berilliumot gamma-bomló radioizotópból származó gamma-sugarakkal bombázzák.^[73]

A berilliumot a Joint European Torus (JET) magfúziós kutatólaboratóriumban is használják; illetve a fejlettebb Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktorban (ITER) is alkalmazni fogják a plazmával érintkező komponensek kondicionálására.^[74] A berillium a fűtőanyagrudak burkolatának javasolt anyaga; a mechanikai, kémiai és nukleáris jellemzőinek jó kombinációja miatt.^[6] A berillium-fluorid az egyik alkotóeleme az FLiBe eutektikus sókeveréknek, amelyet oldószerként, moderátorként és hűtőfolyadékként alkalmaztak a [Molten-Salt Reactor Experiment]-ben és annak mintájára számos hipotetikus sóolvadék reaktorban.^[75]

A berillium alacsony sűrűsége és nagy merevsége alkalmassá teszi nagyfrekvenciás hangszórónak. Mivel a berillium drága (jóval többe kerül, mint a titán), ridegsége miatt nehéz alakítani, és mérgezést okozhat ha rosszul kezelik, ezért a berillium magassugárzókat a high-end home,^[76][77][78] pro audio, és hangosbemondókra korlátozzák.^[79][80] A berillium jó akusztikai teljesítményének köszönhetően egyes termékekről kereskedelmi okokból azt állítja a gyártó, hogy abból készültek, pedig valójában nem.^[81]

A berillium p típusú adalékanyag (akceptor) a III-V félvezetőkben. Széles körben használják molekuláris sugár epitaxiával (MBE) növesztett anyagokban, mint amilyen a GaAs, AlGaAs, InGaAs és InAlAs.^[82] A keresztirányban hengerelt berilliumlemez kiváló szerkezeti megtámasztást nyújt a nyomtatott áramköri lapoknak a felületszerelt technológiákban. Bizonyos kritikus elektronikai alkalmazásokban a berillium egyszerre funkcionál támaszként és hűtőbordaként. Ezek az alkalmazások azt is megkövetelik, hogy a fém hőtágulási együtthatója jól illeszkedjen az alumínium- és üveg-poliimid borításéhoz. A berillium-berillium-oxid kompozitok, ún. E-anyagokat kifejezetten az elektronikus alkalmazások számára tervezték, és megvan az a további előnyük, hogy a hőtágulási együttható hozzáigazítható a különböző hordozóanyagokhoz.^[6]

A berillium-oxid hasznos sok olyan alkalmazás számára, amelyek megkövetelik az elektromos szigetelést, a kitűnő hővezetést, a nagy szilárdságot és keménységet, illetve az igen magas olvadáspontot. A berillium-oxidot gyakran használják a távközlésben, a rádiófrekvenciás adókban lévő nagy teljesítményű tranzisztorok szigetelő alaplapjaként. A berillium-oxidot tanulmányozták abból a célból is, hogy megnöveljék vele az urán-dioxid fűtőelem pelletek hővezetését.^[83] Korábban a fénycsövekben is használtak berilliumvegyületeket, de ezt a gyakorlatot nem folytatták, miután bebizonyosodott, hogy a csöveket összeszerelő munkásoknál berilliózis alakult ki.^[84]

Az emberi szervezetben körülbelül 35 mikrogramm berillium található, de ez a mennyiség nem tekinthető ártalmasnak.^[85] A berillium kémiailag hasonló a magnéziumhoz, és ezért helyet cserélhet vele az enzimekben, ezzel azok hibás működését okozva.^[85] A krónikus berilliózis egy pulmonális és szisztémás granulomatózus betegség, amit a berilliumpor vagy a vele szennyezett füst belélegzése okoz; mind a rövid idő alatt belélegzett nagy mennyiség, mind a hosszú ideig belélegzett kis mennyiség a betegség kialakulásához vezet. A betegség tüneteinek kialakulása akár 5 évig is tarthat, de a betegek harmada belehal, a túlélők pedig rokkanttá válnak.^[85] A Nemzetközi Rákkutató Ügynökség (IARC) a berilliumot és a berilliumvegyületeket első kategóriás rákkeltő anyagokként tartja számon.^[86]

Kémiai tüdőgyulladás formájában jelentkező akut berilliumbetegségről először Európában számoltak be 1933-ban, majd 1943-ban az Egyesült Államokban is. Egy 1949-ben, az Egyesült Államokban elvégzett felmérés megállapította, hogy a fénycsőgyártó üzemek dolgozóinak mintegy 5%-a a berilliummal összefüggő tüdőbetegségben szenvedett.^[87] A krónikus berilliózis sok tekintetben hasonlít a szarkoidózisra, és a differenciáldiagnózis gyakran nehéz. A betegségben halt meg néhány korai atomfegyver tervező, mint például Herbert L. Anderson.^[88]

A korai kutatók a berillium és vegyületeinek jelenlétét azok édességének megízlelésével ellenőrizték. A modern diagnosztikai berendezések ma már nem teszik szükségessé ezt a rendkívül kockázatos eljárást, így a rendkívül mérgező anyag még véletlenül sem kerülhet az emésztőrendszerbe.^[4] A berilliumot és vegyületeit nagy gonddal kell kezelni, és különleges óvintézkedéseket kell tenni minden olyan tevékenység során, amely a berilliumpor környezetbe jutását eredményezheti (a tartósan lerakódott berilliumpor tüdőrákot okozhat). Bár a berillium vegyületeit 1949 óta nem alkalmazzák fénycsövekben, a berilliumnak való kitettség továbbra is fenyegeti a nukleáris és űripar, a berilliumfinomítók és -kohók, és az elektronikuseszköz-gyárak dolgozóit; illetve mindazokat, akik berilliumtartalmú anyagok kezelésével foglalkoznak.^[89]

A közelmúltban sikeresen kidolgoztak, és nemzetközi önkéntes konszenzus szabványként (ASTM D7202) közzétettek egy, a berilliumot a levegőben és a felületeken kimutató eljárást. Az eljárás híg ammónium-bifluoridot használ oldószerként, illetve fluoreszcensen detektálja a szulfonált hidroxi-benzokinolinhoz kötődött berilliumot; ezzel százszor érzékenyebb észlelést biztosít, mint a munkahelyeken ajánlott berilliumkoncentráció határértéke. Az új eljárást sikeresen tesztelték különböző felületeken; illetve hatékonyan viszi oldatba és detektálja a tűzálló berillium-oxidot és szilikátos berilliumot (ASTM D7458).^[90][91]

• Ez a szócikk részben vagy egészben a Beryllium című angol Wikipédia-szócikk fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

• a magyar Wikipédia berilliumot tartalmazó vegyületeinek belső és külső keresővel készült listája
• a magyar Wikipédia biner berilliumvegyületeinek külső keresővel készült listája

Berillid

• A Wikimédia Commons tartalmaz Berillium témájú kategóriát.