Berilio
El berilio, de símbolo Be, es un metal con propiedades químicas y físicas únicas que lo hacen útil para varias aplicaciones, que van desde teléfonos celulares hasta componentes de armas nucleares.
Es el metal más ligero después del litio y es menos reactivo que éste; es rígido, resistente a la corrosión, es un buen conductor de electricidad y calor, y es estable durante los cambios extremos de temperatura. Dado que el Be es liviano pero fuerte como el acero, se utiliza en materiales estructurales ligeros como en los motores de aviones y satélites, circuitos electrónicos de alta velocidad e instrumentos de precisión.
El Be tiene el número atómico 4 y un peso atómico de 9.0122 g/mol. Se encuentra en la primera posición del grupo 2 de la tabla periódica de los elementos, conocido como metales alcalinotérreos, donde se localizan también el magnesio, calcio, estroncio, bario y radio. Tiene una densidad de 1.846 g/cm3 a 20 ºC y un punto de ebullición de 1287 ºC. El estudio del Be y sus derivados se desarrolla paralelamente con la creciente preocupación por su toxicidad, lo que ha desalentado la investigación básica e incluso algunas de las actividades industriales. Su clasificación como “el elemento no radioactivo más tóxico“, que lo posiciona justo al lado del plutonio, ha repercutido en que los estudios científicos sean extremadamente difíciles. Desde los inicios de la década de los 80 del siglo pasado, los estudios teóricos han superado por mucho a los estudios experimentales.
Pero conozcamos un poco de su historia y usos. En su forma más pura, el Be era conocido y atesorado en la antigüedad como una piedra preciosa. Se encontró en las minas Smaragd más antiguas conocidas, que se remontan a aproximadamente al año 1650 a.C. en Egipto. El berilo Smaragd es verde debido al Cr2O3 que está como impureza. En 1798, el químico francés Louis-Nicholas Vauquelin lo aisló por primera vez del mineral berilo (sus variantes de color esmeralda, aguamarina y “crisoberilo”, berilo dorado, no el crisoberilo actual, eran conocidos por los antiguos). El berilio fue originalmente identificado como glucinium (Gl) por la sal del metal glicinio o glicino, ya que sus sales, solubles en agua, tenían un sabor dulce y porque este nombre sería fácil de recordar. Sin embargo, Klaproth pensó que sería más sensato llamar a la nueva tierra “Beryllerde (Beryllina)” porque las sales de itrio también tienen un sabor dulce, y es entonces cuando el nombre de berilio se acepta generalmente como elemento.
Aunque el metal se aisló por primera vez en 1828, independientemente por Wöhler y Bussy, los procesos comercialmente factibles tardaron más de 100 años en desarrollarse. Aislar el Be metálico de alta pureza y trabajarlo ha demostrado ser tecnológicamente difícil. A partir de 1898, los químicos intentaron aplicar la electrólisis de fluoruros de berilio para la obtención comercial de este metal, pero actualmente su producción depende en gran medida de la reducción de BeF2 con Mg o electrólisis de un cloruro alcalino de berilio.
El Be ocupa la posición 47 de los elementos más abundantes en la corteza terrestre.
El Be ocupa la posición 47 de los elementos más abundantes en la corteza terrestre. Es un elemento raro en los meteoritos y en las atmósferas estelares, aunque no tanto en el espacio interestelar. El berilio también es un elemento raro en la Tierra y por eso requiere más esfuerzo su investigación. Se han realizado estudios geoquímicos de los contenidos de berilio en rocas y minerales terrestres, así como en meteoritos, confirmado la rareza de este metal. Se encuentra en compositos minerales de granito o rocas volcánicas como silicatos de berilio; por ejemplo en berilo Be3Al2Si6O18, bertrandita Be4Si2O7(OH)2, fenacita Be2SiO4 y crisoberilo BeAl2O4.
A pesar de que se conocen aproximadamente otros 40 minerales que contienen a este metal, el berilio es más abundante en los tres anteriores y su fuente de producción está en Juab County, Utah. También se encuentra en el mineral de bauxita utilizado en la fabricación de aluminio, donde la cantidad de berilio varía dependiendo del origen del mineral. Si bien la bauxita no es una fuente de berilio para fines de producción, los trabajadores de la fundición de aluminio pueden estar expuestos a éste por las emisiones de gases.
Las piedras esmeralda y aguamarina son formas preciosas del berilo que cristalizan por el enfriamiento del magma debajo de la superficie terrestre. El cristal de esmeralda más impresionante encontrado hasta la fecha, de 7,000 quilates, se descubrió en 1969 en Colombia, el mayor productor mundial de esmeraldas.
El Be también está presente en combustibles fósiles sólidos y líquidos. La quema de carbón y petróleo emite partículas de berilio que pueden circular en el aire durante algún tiempo o asentarse en vías fluviales. Los vegetales amarillos, como las zanahorias y el maíz tienden a tener niveles de Be más altos, pero una vez ingerido abandona el cuerpo en horas o días, por eso no existe riesgo para la salud. Sin embargo, el berilio inhalado puede tardar años en abandonar el cuerpo y tener efectos devastadores en los pulmones. Las personas en riesgo de inhalación de berilio incluyen trabajadores en plantas procesadoras de sus derivados y fumadores de tabaco, ya que este metal tiende a concentrarse en él. En 1930, trabajadores de plantas productoras de Be en Alemania, Italia y la Unión Soviética presentaron problemas de salud. La inhalación prolongada puede provocar una beriliosis: cicatrización del tejido pulmonar, que puede causar dificultad para respirar y, en ocasiones, problemas cardíacos. El mecanismo por el cual este metal se concentra en el cuerpo humano es debido a que los átomos de nitrógeno de las proteínas se coordinan al berilio, destruyendo la función de los tejidos corporales.
El berilio es altamente tóxico y aumenta en entornos industriales. Como ya se mencionó antes, la toxicidad que presentan los compuestos de berilio ha desalentado las investigaciones experimentales. En 1940 se demostró que la enfermedad del berilio pulmonar (“beriliosis”) era causada por el silicato de Zn-Be (willemita de berilio) utilizado como ingrediente en los fósforos. En la década de 1990 esta enfermedad resurgió, lo que llevó a que las regulaciones redujeran arbitrariamente el valor límite de exposición laboral de 2 μg/m3, establecido en la década de 1940, a 0.2 μg/m3. Sin embargo, se requiere de mayor investigación para identificar el límite de umbral real por debajo del cual no se producirá la enfermedad.
Pese a la toxicidad que presenta, el Be tiene un amplio uso.
Pese a la toxicidad que presenta, el Be tiene un amplio uso. En forma metálica se utiliza en armas nucleares (aproximadamente el 10 % del consumo anual de berilio), partes de frenos de aviones, estructuras de naves espaciales, sistemas de navegación, ventanas de rayos X, espejos y componentes de audio. También es un reflector de neutrones usado en reactores nucleares. Los óxidos de berilio utilizados en cerámica se utilizan para sustratos en circuitos electrónicos de alta densidad, requiriendo el 15% de la producción anual de berilio.
A medida que se incrementa la demanda del berilio aumentan sus aleaciones y sus compuestos. Las aleaciones con cobre, que representan el 75% del uso anual de Be, tienen generalmente un contenido de berilio de 0.15 al 2.0 %, y se usan ampliamente porque exhiben buena conductividad, son resistentes a la corrosión, tienen una gran dureza y no son magnéticas. Se utilizan para aplicaciones como conectores coaxiales en teléfonos celulares, computadoras, bujes de aeronaves, herramientas anti-chispas, interruptores y sensores automotrices, así como moldes de inyección de plástico. Las aleaciones con aluminio, como los AlBeMets de Brush-Wellman, se utilizan como sustratos ópticos para sistemas de visión nocturna y aplicaciones en aeronáutica.
De acuerdo con lo anterior, es difícil encontrar alternativas que sustituyan al Be, por lo que es previsible que este metal continúe en uso en el futuro. C2
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