Béryllium (Be), anciennement (jusqu'en 1957) glucinium, élément chimique, membre le plus léger des métaux alcalino-terreux du groupe 2 (IIa) du tableau périodique, utilisé en métallurgie comme agent de durcissement et dans de nombreuses applications spatiales et nucléaires.
métal alcalino-terreux
Les éléments sont le béryllium (Be), le magnésium (Mg), le calcium (Ca), le strontium (Sr), le baryum (Ba) et le radium (Ra).
Propriétés des éléments
| numéro atomique | 4 |
|---|---|
| poids atomique | 9.0122 |
| point de fusion | 1287 ° C (2349 ° F) |
| point d'ébullition | 2471 ° C (4480 ° F) |
| gravité spécifique | 1,85 à 20 ° C (68 ° F) |
| état d'oxydation | +2 |
| configuration électronique | 1s 2 2s 2 |
Occurrence, propriétés et utilisations
Le béryllium est un métal gris acier qui est assez fragile à température ambiante, et ses propriétés chimiques ressemblent quelque peu à celles de l'aluminium. Il ne se produit pas librement dans la nature. Le béryllium se trouve dans le béryl et l'émeraude, minéraux connus des anciens Égyptiens. Bien que l'on soupçonne depuis longtemps que les deux minéraux étaient similaires, la confirmation chimique de cela n'a eu lieu qu'à la fin du XVIIIe siècle. L'émeraude est maintenant connue pour être une variété verte de béryl. Le béryllium a été découvert (1798) comme oxyde par le chimiste français Nicolas-Louis Vauquelin dans le béryl et les émeraudes et a été isolé (1828) comme métal indépendamment par le chimiste allemand Friedrich Wöhler et le chimiste français Antoine AB Bussy par la réduction de son chlorure avec du potassium. Le béryllium est largement distribué dans la croûte terrestre et on estime qu'il se trouve dans les roches ignées de la Terre à raison de 0,0002%. Son abondance cosmique est de 20 sur l'échelle dans laquelle le silicium, la norme, est de 1 000 000. Les États-Unis détiennent environ 60% du béryllium dans le monde et sont de loin le plus grand producteur de béryllium; les autres principaux pays producteurs sont la Chine, le Mozambique et le Brésil.
Il existe environ 30 minéraux reconnus contenant du béryllium, dont le béryl (Al 2 Be 3 Si 6 O 18, un silicate de béryllium aluminium), la bertrandite (Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2, un silicate de béryllium), la phénakite (Be 2 SiO 4) et le chrysobéryl (BeAl 2 O 4). (Les formes précieuses de béryl, d'émeraude et d'aigue-marine ont une composition proche de celle donnée ci-dessus, mais les minerais industriels contiennent moins de béryllium; la plupart du béryl est obtenu comme sous-produit d'autres opérations minières, les plus gros cristaux étant prélevés à la main.) Le béryl et la bertrandite ont été trouvés en quantités suffisantes pour constituer des minerais commerciaux à partir desquels l'hydroxyde de béryllium ou l'oxyde de béryllium est produit industriellement. L'extraction du béryllium est compliquée par le fait que le béryllium est un constituant mineur dans la plupart des minerais (5 pour cent en masse même dans le béryl pur, moins de 1 pour cent en masse dans la bertrandite) et est étroitement lié à l'oxygène. Le traitement avec des acides, le grillage avec des fluorures complexes et l'extraction liquide-liquide ont tous été utilisés pour concentrer le béryllium sous forme d'hydroxyde. L'hydroxyde est converti en fluorure via le fluorure d'ammonium béryllium puis chauffé au magnésium pour former du béryllium élémentaire. Alternativement, l'hydroxyde peut être chauffé pour former l'oxyde, qui à son tour peut être traité avec du carbone et du chlore pour former du chlorure de béryllium; l'électrolyse du chlorure fondu est ensuite utilisée pour produire le métal. L'élément est purifié par fusion sous vide.
Le béryllium est le seul métal léger stable à point de fusion relativement élevé. Bien qu'il soit facilement attaqué par les alcalis et les acides non oxydants, le béryllium forme rapidement un film de surface d'oxyde adhérent qui protège le métal d'une oxydation de l'air supplémentaire dans des conditions normales. Ces propriétés chimiques, associées à leur excellente conductivité électrique, leur capacité thermique et leur conductivité élevées, leurs bonnes propriétés mécaniques à des températures élevées et leur très haut module d'élasticité (un tiers supérieur à celui de l'acier), le rendent précieux pour les applications structurelles et thermiques. La stabilité dimensionnelle du béryllium et sa capacité à prendre un polissage élevé l'ont rendu utile pour les miroirs et les obturateurs de caméras dans les applications spatiales, militaires et médicales et dans la fabrication de semi-conducteurs. En raison de son faible poids atomique, le béryllium transmet 17 fois les rayons X ainsi que l'aluminium et a été largement utilisé dans la fabrication de fenêtres pour tubes à rayons X. Le béryllium est fabriqué dans des gyroscopes, des accéléromètres et des pièces informatiques pour les instruments de guidage inertiels et autres dispositifs pour les missiles, les avions et les véhicules spatiaux, et il est utilisé pour les tambours de frein lourds et les applications similaires dans lesquelles un bon dissipateur thermique est important. Sa capacité à ralentir les neutrons rapides a trouvé une application considérable dans les réacteurs nucléaires.
Une grande partie du béryllium est utilisée en tant que composant à faible pourcentage d'alliages durs, en particulier avec le cuivre comme constituant principal, mais aussi avec des alliages à base de nickel et de fer, pour des produits tels que les ressorts. Le béryllium-cuivre (2 pour cent de béryllium) est transformé en outils à utiliser lorsque les étincelles peuvent être dangereuses, comme dans les usines de poudre. Le béryllium lui-même ne réduit pas les étincelles, mais il renforce le cuivre (d'un facteur 6), qui ne forme pas d'étincelles lors de l'impact. De petites quantités de béryllium ajoutées aux métaux oxydables génèrent des films de surface protecteurs, réduisant l'inflammabilité dans le magnésium et le ternissement dans les alliages d'argent.
Des neutrons ont été découverts (1932) par le physicien britannique Sir James Chadwick sous forme de particules éjectées de béryllium bombardées par des particules alpha d'une source de radium. Depuis lors, le béryllium mélangé à un émetteur alpha tel que le radium, le plutonium ou l'américium a été utilisé comme source de neutrons. Les particules alpha libérées par la désintégration radioactive des atomes de radium réagissent avec les atomes de béryllium pour donner, parmi les produits, des neutrons avec une large gamme d'énergies - jusqu'à environ 5 × 10 6 électron-volts (eV). Cependant, si le radium est encapsulé, de sorte qu'aucune des particules alpha n'atteigne le béryllium, des neutrons d'énergie inférieurs à 600 000 eV sont produits par le rayonnement gamma plus pénétrant des produits de désintégration du radium. Des exemples historiquement importants de l'utilisation de sources de neutrons de béryllium / radium comprennent le bombardement d'uranium par les chimistes allemands Otto Hahn et Fritz Strassmann et la physicienne d'origine autrichienne Lise Meitner, qui a conduit à la découverte de la fission nucléaire (1939) et au déclenchement dans l'uranium de la première réaction en chaîne à fission contrôlée par le physicien d'origine italienne Enrico Fermi (1942).
Le seul isotope naturel est le béryllium-9 stable, bien que 11 autres isotopes synthétiques soient connus. Leur demi-vie varie de 1,5 million d'années (pour le béryllium-10, qui subit une désintégration bêta) à 6,7 × 10 −17 secondes pour le béryllium-8 (qui se désintègre par émission de deux protons). La désintégration du béryllium-7 (demi-vie de 53,2 jours) dans le Soleil est la source des neutrinos solaires observés.
