Por que é transparente aos raios X?
A probabilidade de um átomo absorver um fotão de raios X depende com enorme força do seu número atómico. A secção eficaz fotoelétrica varia aproximadamente com Z⁴, o que significa que um átomo de ferro absorve cerca de seiscentas vezes mais do que um de berílio.
Com Z igual a 4, o berílio é o elemento sólido mais transparente aos raios X que é manejável. O lítio, com Z igual a 3, seria ainda melhor mas reage com o ar e não se sustenta estruturalmente. O boro, com Z igual a 5, já absorve mais e é frágil.
Daí que as janelas dos tubos de raios X, dos detetores e das linhas de luz de sincrotrão sejam de berílio. Uma lâmina de 0,25 mm transmite a maior parte da radiação útil e ao mesmo tempo aguenta a diferença de pressão entre o vácuo interior e a atmosfera. Nenhum polímero suporta o vácuo com essa espessura; nenhum outro metal deixa passar a radiação.
A mesma propriedade torna-o útil em física de partículas: o tubo de feixe do LHC nas zonas de colisão é de berílio, para que as partículas produzidas atravessem a parede com a mínima perturbação.
O que significa a configuração [He] 2s²?
Dois eletrões que completam a orbital 2s sobre um núcleo de hélio. A camada 2s está cheia, mas a camada n=2 não está, porque restam livres as três orbitais 2p.
Essa configuração explica uma anomalia na tabela de energias de ionização. Ao percorrer o segundo período, a energia de ionização sobe do lítio para o berílio e depois desce para o boro, contra a tendência geral. A razão é que ao boro se arranca um eletrão 2p, menos ligado do que o 2s do berílio.
O berílio tem também um comportamento químico que o afasta do seu grupo. O magnésio, o cálcio e os restantes formam óxidos e hidróxidos francamente básicos; o óxido de berílio é anfotérico e reage tanto com ácidos como com bases fortes. Nisso assemelha-se mais ao alumínio do que aos seus vizinhos verticais.
Essa semelhança entre o berílio e o alumínio é o exemplo canónico da relação diagonal na tabela periódica: elementos vizinhos na diagonal partilham propriedades porque o aumento de carga nuclear ao avançar no período compensa o aumento de tamanho ao descer no grupo.
Por que é tão tóxico?
A toxicidade do berílio não funciona como a de um veneno clássico. Não há uma dose letal no sentido habitual, nem um efeito proporcional à quantidade.
A beriliose crónica é uma doença imunitária. Numa fração das pessoas expostas — entre 2 e 5 % — o sistema imunitário reconhece o berílio ligado a proteínas do pulmão como um corpo estranho e monta uma resposta celular. Formam-se granulomas, o tecido pulmonar endurece e a capacidade respiratória diminui de forma progressiva e irreversível.
A suscetibilidade tem uma componente genética: associa-se a variantes concretas do gene HLA-DP. Uma pessoa sem essas variantes pode trabalhar anos com berílio sem se sensibilizar; outra pode desenvolver a doença após uma exposição breve.
Isto obriga a um regime de segurança diferente do habitual. Não basta manter-se abaixo de um limiar: é preciso evitar por completo a geração de pó e fumo. O berílio em peça maciça não apresenta risco nenhum — pode segurar-se na mão — mas maquiná-lo, lixá-lo ou soldá-lo exige contenção total.
Os primeiros casos surgiram nos anos quarenta entre trabalhadores de tubos fluorescentes, que usavam compostos de berílio como fósforo. Essa aplicação foi abandonada.
Para que se usa apesar de tudo?
Porque em várias funções não tem substituto.
Em liga com cobre, em proporções de 0,5 a 3 %, produz o cobre-berílio. Esta liga combina uma resistência mecânica comparável à de alguns aços com a condutividade elétrica do cobre, e não produz faíscas ao ser golpeada. Usa-se em ferramentas para atmosferas explosivas, em contactos elétricos sujeitos a milhões de ciclos e em molas de precisão.
Em estruturas, a propriedade decisiva é a rigidez específica: o módulo de Young a dividir pela densidade. O berílio tem um módulo de 287 GPa com uma densidade de 1,85 g/cm³, o que dá uma rigidez por unidade de massa cerca de seis vezes superior à do aço ou do alumínio.
Por isso os dezoito espelhos do telescópio espacial James Webb são de berílio revestido a ouro. Um espelho tem de conservar a forma com precisão de nanómetros a 40 K; o berílio quase não se deforma ao arrefecer e pesa pouco, dois requisitos incompatíveis em quase qualquer outro material.
Em reatores nucleares atua como moderador e refletor de neutrões, porque o seu núcleo leve os trava sem os absorver praticamente.
Onde se encontra?
É um elemento raro na crosta terrestre, com uma abundância de cerca de 2 partes por milhão, comparável à do estanho.
A sua raridade tem uma causa nuclear invulgar. O berílio 8, que seria o isótopo produzido ao fundir dois núcleos de hélio, é instável e desintegra-se em 10⁻¹⁶ segundos. Essa instabilidade é a razão de as estrelas não sintetizarem berílio pela via direta, e o berílio 9 existente forma-se sobretudo por espalação: núcleos pesados fragmentados por raios cósmicos no meio interestelar.
Na Terra concentra-se em pegmatitos, rochas ígneas de cristalização tardia onde os elementos que não encaixam nos minerais comuns acabam reunidos. Os dois minerais de interesse são o berilo, de onde provêm a esmeralda e a água-marinha, e a bertrandite.
Os Estados Unidos, e em concreto um jazigo de bertrandite no Utah, produzem a maior parte do berílio mundial.