Berilium

Berilium adalah sebuah unsur kimia dengan lambang Be dan nomor atom 4. Ia adalah logam alkali tanah berwarna abu-abu-baja yang kuat, ringan, rapuh. Ia adalah unsur divalen yang terjadi secara alami hanya dalam kombinasi dengan unsur lain untuk membentuk mineral. Batu permata terkenal yang mengandung berilium tinggi adalah beril (akuamarin, zamrud) dan krisoberil. Ia adalah unsur yang relatif langka di alam semesta, biasanya terjadi sebagai produk dari pemisahan inti atom yang lebih besar yang bertabrakan dengan sinar kosmik. Di dalam inti bintang, berilium dihabiskan karena menyatu menjadi unsur yang lebih berat. Jumlah berilium di kerak Bumi adalah sekitar 0,0004 persen massa kerak Bumi. Produksi berilium tahunan dunia sebesar 220 ton biasanya diproduksi melalui ekstraksi dari mineral beril, proses yang sulit karena berilium berikatan kuat dengan oksigen.

Dalam aplikasi struktural, kombinasi dari kekakuan lentur, stabilitas termal, konduktivitas termal yang tinggi dan massa jenis yang rendah (1,85 kali dari air) menjadikan logam berilium sebagai bahan kedirgantaraan yang diinginkan untuk komponen pesawat terbang, rudal, wahana antariksa, dan satelit. Karena massa jenis dan massa atomnya yang rendah, berilium relatif transparan terhadap sinar-X dan bentuk radiasi pengion lainnya; oleh karena itu, ia adalah bahan jendela paling umum untuk peralatan sinar-X dan komponen detektor partikel. Ketika ditambahkan sebagai unsur paduan ke aluminium, tembaga (terutama paduan tembaga berilium), besi, atau nikel, berilium meningkatkan banyak sifat fisik. Misalnya, perkakas dan komponen yang terbuat dari paduan tembaga berilium bersifat kuat dan keras serta tidak menimbulkan percikan api saat membentur permukaan baja. Di udara, permukaan berilium mudah teroksidasi pada suhu kamar untuk membentuk lapisan pasivasi setebal 1–10 nm yang melindunginya dari oksidasi dan korosi lebih lanjut. Logam berilium teroksidasi secara massal (di luar lapisan pasivasi) saat dipanaskan di atas , dan terbakar cemerlang saat dipanaskan hingga sekitar .

Penggunaan berilium secara komersial memerlukan penggunaan peralatan pengontrol debu yang sesuai dan kontrol industri setiap saat karena toksisitas debu yang mengandung berilium yang dihirup dapat menyebabkan penyakit alergi kronis yang mengancam jiwa pada beberapa orang, yang disebut beriliosis. Beriliosis dapat menyebabkan pneumonia dan penyakit pernapasan terkait lainnya.

Karakteristik

Sifat fisik
Berilium adalah logam berwarna abu-abu-baja yang keras dan rapuh pada suhu kamar dan memiliki struktur kristal heksagonal tetal-rapat. Ia memiliki kekakuan yang luar biasa (modulus Young 287 GPa) dan titik lebur 1287 °C. Modulus elastisitas berilium kira-kira 50% lebih besar daripada baja. Kombinasi modulus ini dan massa jenis yang relatif rendah menghasilkan kecepatan konduksi suara yang luar biasa cepat pada berilium – sekitar 12,9 km/dtk pada kondisi sekitar. Sifat penting lainnya adalah panas spesifik () dan konduktivitas termal yang tinggi (), yang menjadikan berilium sebagai logam dengan karakteristik pembuangan panas terbaik per satuan berat. Dalam kombinasi dengan koefisien ekspansi termal linear yang relatif rendah (11,4×10−6 K−1), karakteristik ini menghasilkan stabilitas yang unik di bawah kondisi beban termal.

Sifat nuklir
Berilium alami, kecuali sedikit kontaminasi oleh radioisotop kosmogenik, adalah isotop berilium-9 murni, yang memiliki spin nuklir . Berilium memiliki penampang hamburan yang besar untuk neutron berenergi tinggi, sekitar 6 barn untuk energi di atas kira-kira 10 keV. Oleh karena itu, ia berfungsi sebagai reflektor neutron dan moderator neutron, secara efektif memperlambat neutron ke kisaran energi termal di bawah 0,03 eV, di mana total penampang setidaknya lebih rendah; nilai pastinya sangat bergantung pada kemurnian dan ukuran kristalit dalam material.

Isotop berilium primordial tunggal 9Be juga mengalami reaksi neutron (n,2n) dengan energi neutron sekitar 1,9 MeV, menghasilkan 8Be, yang segera pecah menjadi dua partikel alfa. Jadi, untuk neutron berenergi tinggi, berilium adalah pengganda neutron, melepaskan lebih banyak neutron daripada yang diserapnya. Reaksi nuklir ini adalah:
 + n → 2  + 2 n

Neutron dibebaskan ketika inti berilium dipukul oleh partikel alfa energetik yang menghasilkan reaksi nuklir
 +  →  + n
di mana  adalah partikel alfa dan  adalah inti karbon-12.
Berilium juga melepaskan neutron saat dibombardir oleh sinar gama. Dengan demikian, berilium alami yang dibombardir oleh partikel alfa atau sinar gama dari radioisotop yang cocok adalah komponen kunci dari sebagian besar sumber neutron reaksi nuklir bertenaga radioisotop untuk produksi laboratorium neutron bebas.

Sejumlah kecil tritium dibebaskan ketika inti  menyerap neutron berenergi rendah dalam reaksi nuklir tiga langkah
 + n →  + ,     →  + β−,     + n →  +  
 memiliki waktu paruh hanya 0,8 detik, β− adalah sebuah elektron, dan  memiliki penampang serapan neutron yang tinggi. Tritium adalah radioisotop yang menjadi perhatian dalam aliran limbah reaktor nuklir.

Sifat optis
Sebagai logam, berilium transparan atau tembus cahaya ke sebagian besar panjang gelombang sinar-X dan sinar gama, membuatnya berguna untuk jendela keluaran tabung sinar-X dan peralatan sejenis lainnya.

Isotop dan nukleosintesis

Isotop berilium yang stabil dan tidak stabil dibuat di bintang, tetapi radioisotopnya tidak bertahan lama. Dipercayai bahwa sebagian besar berilium yang stabil di alam semesta pada awalnya tercipta di medium antarbintang ketika sinar kosmik menginduksi fisi pada unsur-unsur yang lebih berat yang ditemukan dalam gas dan debu antarbintang. Berilium primordial hanya mengandung satu isotop stabil, 9Be, dan karena itu berilium adalah unsur monoisotop dan mononuklida.

Isotop kosmogenik yang radioaktif 10Be diproduksi di atmosfer Bumi oleh spalasi sinar kosmik dari oksigen. 10Be terakumulasi di permukaan tanah, di mana waktu paruhnya yang relatif panjang (1,36 juta tahun) memungkinkan waktu tinggal yang lama sebelum meluruh menjadi boron-10. Dengan demikian, 10Be dan produk turunannya digunakan untuk memeriksa erosi tanah, pembentukan tanah dan perkembangan tanah laterit alami, dan sebagai proksi untuk pengukuran variasi aktivitas matahari dan usia inti es. Produksi 10Be berbanding terbalik dengan aktivitas matahari, karena peningkatan angin matahari selama periode aktivitas matahari tinggi menurunkan fluks sinar kosmik galaksi yang mencapai Bumi. Ledakan nuklir juga membentuk 10Be melalui reaksi neutron cepat dengan 13C dalam karbon dioksida di udara. Ini adalah salah satu indikator aktivitas masa lalu di lokasi uji coba senjata nuklir. Isotop 7Be (waktu paruh 53 hari) juga kosmogenik, dan menunjukkan kelimpahan atmosfer terkait dengan bintik matahari, seperti 10Be.

8Be memiliki waktu paruh yang sangat singkat, sekitar  detik, yang berkontribusi pada peran kosmologisnya yang signifikan, karena unsur yang lebih berat dari berilium tidak mungkin dihasilkan oleh fusi nuklir pada Ledakan Dahsyat. Hal ini disebabkan kurangnya waktu yang cukup selama fase nukleosintesis Ledakan Dahsyat untuk menghasilkan karbon melalui fusi inti 4He dan rendahnya konsentrasi berilium-8 yang tersedia. Astronom Inggris Sir Fred Hoyle pertama kali menunjukkan bahwa tingkat energi 8Be dan 12C memungkinkan produksi karbon melalui proses alfa tripel dalam bintang berbahan bakar helium di mana lebih banyak waktu nukleosintesis tersedia. Proses ini memungkinkan karbon diproduksi di bintang, tetapi tidak pada Ledakan Dahsyat. Dengan demikian, karbon yang diciptakan bintang (dasar kehidupan berbasis karbon) merupakan komponen dalam unsur-unsur dalam gas dan debu yang dikeluarkan oleh bintang AGB dan supernova (lihat pula nukleosintesis Ledakan Dahsyat), serta penciptaan semua unsur lain dengan nomor atomnya lebih besar dari pada karbon.

Elektron 2s berilium dapat berkontribusi pada ikatan kimia. Oleh karena itu, ketika 7Be meluruh melalui penangkapan elektron-L, ia melakukannya dengan mengambil elektron dari orbital atomnya yang mungkin berpartisipasi dalam ikatan. Hal ini membuat tingkat peluruhannya bergantung pada tingkat yang dapat diukur pada lingkungan kimiawinya – kejadian langka dalam peluruhan nuklir.

Isotop berilium berumur paling pendek yang diketahui adalah 16Be, yang meluruh melalui emisi neutron dengan waktu paruh  detik. Isotop eksotis 11Be dan 14Be diketahui menunjukkan halo nuklir. Fenomena ini dapat dipahami karena inti 11Be dan 14Be masing-masing memiliki 1 dan 4 neutron yang mengorbit secara substansial di luar model inti 'tetesan air' Fermi klasik.

Keterjadian

Matahari memiliki konsentrasi 0,1 bagian per miliar (ppb) berilium. Berilium memiliki konsentrasi 2 hingga 6 bagian per juta (ppm) di kerak Bumi. Ia paling terkonsentrasi di tanah, 6 ppm. Jumlah jejak 9Be ditemukan di atmosfer Bumi. Konsentrasi berilium dalam air laut adalah 0,2–0,6 bagian per triliun (ppt). Namun, di air sungai, berilium lebih melimpah dengan konsentrasi 0,1 ppb.

Berilium ditemukan di lebih dari 100 mineral, tetapi sebagian besar tidak umum hingga langka. Mineral yang mengandung berilium yang lebih umum meliputi: bertrandit (Be4Si2O7(OH)2), beril (Al2Be3Si6O18), krisoberil (Al2BeO4), dan fenakit (Be2SiO4). Bentuk beril yang berharga adalah akuamarin, beril merah, dan zamrud. 
Warna hijau dalam bentuk beril berkualitas permata berasal dari jumlah kromium yang bervariasi (sekitar 2% untuk zamrud).

Dua bijih utama berilium, beril dan bertrandit, ditemukan di Amerika Serikat, Argentina, Brasil, India, Madagaskar, dan Rusia. Total cadangan bijih berilium dunia lebih besar dari 400.000 ton.

Produksi
Ekstraksi berilium dari senyawanya merupakan proses yang sulit karena afinitasnya yang tinggi terhadap oksigen pada suhu tinggi, dan kemampuannya untuk mereduksi air saat film oksidanya dihilangkan. Saat ini Amerika Serikat, Tiongkok, dan Kazakhstan adalah tiga negara yang terlibat dalam ekstraksi berilium skala industri. Kazakhstan menghasilkan berilium dari konsentrat yang ditimbun sebelum pecahnya Uni Soviet sekitar tahun 1991. Sumber daya ini hampir habis pada pertengahan 2010-an.

Produksi berilium di Rusia dihentikan pada tahun 1997, dan direncanakan akan dilanjutkan pada tahun 2020-an.

Berilium paling sering diekstraksi dari mineral beril, yang disinter menggunakan zat ekstraksi atau dilebur menjadi campuran yang larut. Proses penyinteran melibatkan pencampuran beril dengan natrium fluorosilikat dan soda pada suhu  untuk membentuk natrium fluoroberilat, aluminium oksida, dan silikon dioksida. Berilium hidroksida diendapkan dari larutan natrium fluoroberilat dan natrium hidroksida dalam air. Ekstraksi berilium menggunakan metode peleburan melibatkan penggilingan beril menjadi bubuk dan memanaskannya hingga suhu . Lelehan tersebut dengan cepat didinginkan dengan air dan kemudian dipanaskan kembali  dalam asam sulfat pekat, sebagian besar menghasilkan berilium sulfat dan aluminium sulfat. Amonia berair kemudian digunakan untuk menghilangkan aluminium dan belerang, meninggalkan berilium hidroksida.

Berilium hidroksida yang dibuat menggunakan metode sinter atau peleburan kemudian diubah menjadi berilium fluorida atau berilium klorida. Untuk membentuk fluorida, amonium hidrogen fluorida encer ditambahkan ke berilium hidroksida untuk menghasilkan endapan amonium tetrafluoroberilat, yang dipanaskan hingga  untuk membentuk berilium fluorida. Memanaskan fluorida hingga  dengan magnesium akan membentuk berilium yang terbagi halus, dan pemanasan tambahan hingga  akan menghasilkan logam padat. Memanaskan berilium hidroksida akan membentuk oksida, yang menjadi berilium klorida bila dikombinasikan dengan karbon dan klorin. Elektrolisis berilium klorida cair kemudian digunakan untuk mendapatkan logam berilium.

Sifat kimia

Atom berilium memiliki konfigurasi elektron [He] 2s2. Keadaan oksidasi utama berilium adalah +2; atom berilium telah kehilangan kedua elektron valensinya. Keadaan oksidasi yang lebih rendah telah ditemukan, misalnya, senyawa bis(karbena). 
Perilaku kimia berilium sebagian besar disebabkan oleh jari-jari atom dan ioniknya yang kecil. Dengan demikian, ia memiliki potensi ionisasi yang sangat tinggi dan polarisasi yang kuat saat terikat pada atom lain, itulah sebabnya semua senyawanya bersifat kovalen. Sifat kimiawinya mirip dengan aluminium, contoh dari hubungan diagonal.

Pada suhu kamar, permukaan berilium membentuk lapisan pasivasi oksida setebal 1−10 nm yang mencegah reaksi lebih lanjut dengan udara, kecuali untuk penebalan oksida secara bertahap hingga sekitar 25 nm. Ketika dipanaskan di atas sekitar 500 °C, oksidasi menjadi logam curah berlangsung di sepanjang batas butir. Setelah logam dinyalakan di udara dengan pemanasan di atas titik lebur oksida sekitar 2500 °C, berilium terbakar dengan cemerlang, membentuk campuran berilium oksida dan berilium nitrida. Berilium mudah larut dalam asam nonpengoksidasi, seperti HCl dan H2SO4 encer, tetapi tidak dalam asam nitrat atau air karena ini membentuk oksida. Perilaku ini mirip dengan logam aluminium. Berilium juga larut dalam larutan alkali.

Senyawa biner berilium(II) bersifat polimer dalam keadaan padat. BeF2 memiliki struktur seperti silika dengan tetrahedra BeF4 yang dibagi sudut. BeCl2 dan BeBr2 memiliki struktur rantai dengan tetrahedra yang berbagi tepi. Berilium oksida, BeO, adalah padatan refraktori putih, yang memiliki struktur kristal wurtzit dan konduktivitas termal setinggi beberapa logam. BeO bersifat amfoter. Berilium sulfida, selenida, dan telurida telah diketahui, dan semuanya memiliki struktur bijih seng. Berilium nitrida, Be3N2 adalah senyawa dengan titik lebur tinggi yang mudah dihidrolisis. Berilium azida, BeN6 telah dikenal dan berilium fosfida, Be3P2 memiliki struktur yang mirip dengan Be3N2. Sejumlah berilium borida telah dikenal, seperti Be5B, Be4B, Be2B, BeB2, BeB6, dan BeB12. Berilium karbida, Be2C, adalah senyawa merah bata refraktori yang bereaksi dengan air dan menghasilkan metana. Tidak ada berilium silisida yang telah diidentifikasi.

Halida BeX2 (X = F, Cl, Br, I) memiliki struktur molekul monomer linear dalam fase gas. Kompleks halida terbentuk dengan satu atau lebih ligan yang menyumbangkan total dua pasang elektron. Senyawa seperti itu mematuhi aturan oktet. Kompleks 4-koordinat lainnya seperti ion-akua [Be(H2O)4]2+ juga mematuhi aturan oktet.

Larutan berair
 

Kimia larutan berair dari berilium adalah subjek tinjauan komprehensif. Larutan garam berilium, seperti berilium sulfat dan berilium nitrat, bersifat asam karena hidrolisis ion [Be(H2O)4]2+. Konsentrasi produk hidrolisis pertama, [Be(H2O)3(OH)]+, kurang dari 1% konsentrasi berilium. Produk hidrolisis yang paling stabil adalah ion trimerik [Be3(OH)3(H2O)6]3+. Berilium hidroksida, Be(OH)2, tidak larut dalam air pada pH 5 atau lebih. Akibatnya, senyawa berilium umumnya tidak larut pada pH biologis. Karena itu, penghirupan debu logam berilium oleh manusia menyebabkan berkembangnya kondisi beriliosis yang fatal. Be(OH)2 larut dalam larutan alkalin kuat.

Berilium(II) membentuk beberapa kompleks dengan ligan monodentat karena molekul air dalam ion akuo, [Be(H_2O)_4]^{2+} terikat sangat kuat dengan ion berilium. Pengecualian penting adalah rangkaian kompleks yang larut dalam air dengan ion fluorida.
[Be(H_2O)_4]^{2+} {+}n F^- \leftrightharpoons Be[(H_2O)_{2-n}F_n]^{(2-n)\pm} {+} nH_2O

Berilium(II) membentuk banyak kompleks dengan ligan bidentat yang mengandung atom donor oksigen. Spesies [Be_3O(H_2PO_4)_6]^{2-} terkenal karena memiliki ion oksida 3-koordinat di pusatnya. Berilium oksida asetat,  Be_4 O(OAc)_6, memiliki ion oksida yang dikelilingi oleh tetrahedron atom berilium.
  
Dengan ligan organik, seperti ion malonat, asam tersebut terdeprotonasi saat membentuk kompleks. Atom donor adalah dua oksigen.
 H_2A {+} [Be(H_2O)_4]^{2+} \leftrightharpoons [BeA(H_2O)_2] {+} 2H^+ {+} 2H_2O
H_2A {+} [BeA(H_2O)_2] \leftrightharpoons [BeA_2]^{2-} {+} 2H^+ {+} 2H_2O
Pembentukan kompleks bersaing dengan reaksi hidrolisis ion logam dan kompleks campuran dengan anion dan ion hidroksida juga terbentuk. Misalnya, turunan dari trimer siklik telah diketahui, dengan ligan bidentat menggantikan satu atau lebih pasang molekul air. Ligan seperti EDTA berperilaku sebagai asam dikarboksilat.

Asam hidroksikarboksilat seperti asam glikolat membentuk kompleks monodentat yang agak lemah dalam larutan di mana gugus hidroksil tetap utuh. Sebuah heksamer, Na_4[Be_6(OCH_2(O)O)_6] , di mana gugus hidroksil terdeprotonasi telah lama diisolasi, dalam keadaan padat. Ligan di-hidroksi aromatik membentuk kompleks yang relatif kuat. Misalnya, nilai log K1 dan log K2 sebesar 12,2 dan 9,3 telah dilaporkan untuk kompleks dengan tiron.

Ada banyak laporan awal tentang kompleks dengan asam amino, tetapi sayangnya mereka tidak dapat diandalkan karena reaksi hidrolisis yang menyertainya tidak dipahami pada saat publikasi. Nilai untuk log β dari sekitar 6 sampai 7 telah dilaporkan. Derajat pembentukannya kecil karena kompetisi dengan reaksi hidrolisis.

Kimia organik
Kimia organoberilium terbatas pada penelitian akademik karena biaya dan toksisitas berilium, turunan berilium, dan reagen yang diperlukan untuk pengenalan berilium, seperti berilium klorida. Senyawa berilium organologam dikenal sangat reaktif. Contoh senyawa organoberilium yang diketahui adalah dineopentilberilium, berilosena (Cp2Be), dialilberilium (melalui reaksi pertukaran dietil berilium dengan trialil boron), bis(1,3-trimetilsililalil)berilium, dan Be(mes)2. Ligan juga bisa berupa aril dan alkinil.

Sejarah
Mineral beril, yang mengandung berilium, telah digunakan setidaknya sejak dinasti Ptolemeus di Mesir. Pada abad pertama CE, naturalis Romawi Plinius Tua menyebutkan dalam ensiklopedianya Naturalis Historia bahwa beril dan zamrud ("smaragdus") serupa. Papirus Graecus Holmiensis, yang ditulis pada abad ketiga atau keempat CE, memuat catatan tentang cara membuat zamrud dan beril buatan.

Analisis awal zamrud dan beril oleh Martin Heinrich Klaproth, Torbern Olof Bergman, Franz Karl Achard, dan Johann Jakob Bindheim selalu menghasilkan unsur yang serupa, yang mengarah pada kesimpulan keliru bahwa kedua zat tersebut adalah aluminium silikat. Ahli mineralogi René Just Haüy menemukan bahwa kedua kristal identik secara geometris, dan dia meminta ahli kimia Louis-Nicolas Vauquelin untuk analisis kimia.

Dalam makalah tahun 1798 yang dibacakan di hadapan Institut de France, Vauquelin melaporkan bahwa ia menemukan "tanah" baru dengan melarutkan aluminium hidroksida dari zamrud dan beril dalam alkali tambahan. Editor jurnal Annales de Chimie et de Physique menamakan tanah baru ini "glucine" karena rasa manis dari beberapa senyawanya. Klaproth lebih suka nama "beryllina" karena itria juga membentuk garam manis. Nama "berilium" pertama kali digunakan oleh Wöhler pada tahun 1828.

Friedrich Wöhler dan Antoine Bussy secara terpisah mengisolasi berilium pada tahun 1828 melalui reaksi kimia logam kalium dengan berilium klorida, sebagai berikut:
BeCl2 + 2 K → 2 KCl + Be
Dengan menggunakan lampu alkohol, Wöhler memanaskan lapisan-lapisan berilium klorida dan kalium secara berselang-seling dalam wadah platina tertutup kabel. Reaksi di atas segera terjadi dan menyebabkan krus menjadi putih panas. Setelah mendinginkan dan mencuci bubuk hitam keabu-abuan yang dihasilkan, dia melihat bahwa itu terbuat dari partikel halus dengan kilau logam gelap. Kalium yang sangat reaktif telah diproduksi dengan elektrolisis senyawanya, sebuah proses yang ditemukan 21 tahun sebelumnya. Metode kimia yang menggunakan kalium hanya menghasilkan butiran kecil berilium yang tidak dapat dituang atau dipalu.

Elektrolisis langsung dari campuran cair berilium fluorida dan natrium fluorida oleh Paul Lebeau pada tahun 1898 menghasilkan sampel berilium murni pertama (99,5 hingga 99,8%). Namun, produksi industri baru dimulai setelah Perang Dunia Pertama. Keterlibatan industri asli termasuk anak perusahaan dan ilmuwan yang terkait dengan Union Carbide and Carbon Corporation di Cleveland, Ohio, dan Siemens & Halske AG di Berlin. Di AS, proses tersebut dipimpin oleh Hugh S. Cooper, direktur The Kemet Laboratories Company. Di Jerman, proses produksi berilium pertama yang berhasil secara komersial dikembangkan pada tahun 1921 oleh Alfred Stock dan Hans Goldschmidt.

Sampel berilium dibombardir dengan sinar alfa dari peluruhan radium dalam percobaan tahun 1932 oleh James Chadwick yang mengungkap keberadaan neutron. Metode yang sama ini digunakan dalam satu kelas sumber neutron laboratorium berbasis radioisotop yang menghasilkan 30 neutron untuk setiap juta partikel α.

Produksi berilium mengalami peningkatan pesat selama Perang Dunia II, karena meningkatnya permintaan paduan berilium-tembaga keras dan fosfor untuk lampu fluoresen. Sebagian besar lampu fluoresen awal menggunakan seng ortosilikat dengan berbagai kandungan berilium untuk memancarkan cahaya kehijauan. Penambahan kecil magnesium wolframat meningkatkan bagian biru dari spektrum untuk menghasilkan cahaya putih yang dapat diterima. Fosfor berbasis halofosfat menggantikan fosfor berbasis berilium setelah berilium ditemukan beracun.

Elektrolisis campuran berilium fluorida dan natrium fluorida digunakan untuk mengisolasi berilium selama abad ke-19. Titik lebur logam yang tinggi membuat proses ini lebih memakan energi daripada proses serupa yang digunakan untuk logam alkali. Pada awal abad ke-20, produksi berilium melalui dekomposisi termal berilium iodida diselidiki menyusul keberhasilan proses serupa untuk produksi zirkonium, tetapi proses ini terbukti tidak ekonomis untuk produksi besar.

Logam berilium murni tidak tersedia sampai tahun 1957, meskipun telah digunakan sebagai logam paduan untuk mengeraskan tembaga jauh lebih awal. Berilium dapat diproduksi dengan mereduksi senyawa berilium seperti berilium klorida dengan logam kalium atau natrium. Saat ini, sebagian besar berilium diproduksi dengan mereduksi berilium fluorida dengan magnesium. Harga di pasar Amerika untuk berilium batangan cor vakum adalah sekitar AS$338 per pon (AS$745 per kilogram) pada tahun 2001.

Antara tahun 1998 dan 2008, produksi berilium dunia menurun dari 343 menjadi sekitar 200 ton. Kemudian meningkat menjadi 230 ton pada tahun 2018, dimana 170 ton berasal dari Amerika Serikat.

Etimologi
Dinamai dari beril, mineral semimulia, dari mana ia pertama kali diisolasi.

Aplikasi

Jendela radiasi

Karena nomor atomnya yang rendah dan penyerapan yang sangat rendah untuk sinar-X, aplikasi berilium tertua dan masih yang paling penting adalah jendela radiasi untuk tabung sinar-X. Tuntutan ekstrim ditempatkan pada kemurnian dan kebersihan berilium untuk menghindari artefak dalam gambar sinar-X. Foil berilium tipis digunakan sebagai jendela radiasi untuk detektor sinar-X, dan penyerapan yang sangat rendah meminimalkan efek pemanasan yang disebabkan oleh intensitas tinggi, sinar-X berenergi rendah yang khas dari radiasi sinkrotron. Jendela kedap vakum dan tabung sinar untuk eksperimen radiasi pada sinkrotron diproduksi secara eksklusif dari berilium. Dalam pengaturan ilmiah untuk berbagai studi emisi sinar-X (misalnya spektroskopi sinar-X dispersif energi) pemegang sampel biasanya terbuat dari berilium karena sinar-X yang dipancarkan memiliki energi yang jauh lebih rendah (≈100 eV) daripada sinar-X dari kebanyakan materi yang dipelajari.

Nomor atom yang rendah juga membuat berilium relatif transparan terhadap partikel energetik. Oleh karena itu, ini digunakan untuk membuat pipa berkas di sekitar daerah tumbukan dalam pengaturan fisika partikel, seperti keempat eksperimen detektor utama di Penumbuk Hadron Raksasa (ALICE, ATLAS, CMS, LHCb), Tevatron, dan di SLAC. Massa jenis berilium yang rendah memungkinkan produk tabrakan mencapai detektor di sekitarnya tanpa interaksi yang signifikan, kekakuannya memungkinkan vakum yang kuat dihasilkan di dalam pipa untuk meminimalkan interaksi dengan gas, stabilitas termalnya memungkinkannya berfungsi dengan benar pada suhu hanya beberapa derajat di atas nol mutlak, dan sifat diamagnetiknya membuatnya tidak mengganggu sistem magnet multikutub kompleks yang digunakan untuk mengarahkan dan memfokuskan berkas partikel.

Aplikasi mekanis
Karena kekakuannya, beratnya yang ringan, dan stabilitas dimensi pada rentang suhu yang luas, logam berilium digunakan untuk komponen struktural ringan dalam industri pertahanan dan kedirgantaraan pada pesawat berkecepatan tinggi, rudal, wahana antariksa, dan satelit, termasuk Teleskop Luar Angkasa James Webb. Beberapa roket berbahan bakar cair telah menggunakan nosel roket yang terbuat dari berilium murni. Serbuk berilium sendiri dipelajari sebagai bahan bakar roket, tetapi penggunaan ini tidak pernah terwujud. Sejumlah kecil kerangka sepeda kelas atas yang ekstrem telah dibuat dengan berilium. Dari tahun 1998 hingga 2000, tim Formula Satu McLaren menggunakan mesin Mercedes-Benz dengan piston paduan berilium-aluminium. Penggunaan komponen mesin berilium dilarang menyusul protes dari Scuderia Ferrari.

Mencampur sekitar 2,0% berilium dengan tembaga membentuk paduan yang disebut tembaga berilium yang enam kali lebih kuat dari tembaga saja. Paduan berilium digunakan dalam banyak aplikasi karena kombinasi elastisitasnya, konduktivitas listrik dan konduktivitas termal yang tinggi, kekuatan dan kekerasan yang tinggi, sifat nonmagnetik, serta ketahanan terhadap korosi dan kelelahan. Beberapa aplikasinya adalah alat tanpa percikan yang digunakan di dekat gas yang mudah terbakar (nikel berilium), pada pegas dan membran (nikel berilium dan besi berilium) yang digunakan dalam instrumen bedah dan perangkat suhu tinggi. Sedikitnya 50 bagian per juta paduan berilium dengan magnesium cair menyebabkan peningkatan ketahanan oksidasi yang signifikan dan penurunan sifat mudah terbakar.

Kekakuan elastis berilium yang tinggi telah menyebabkan penggunaannya yang luas dalam instrumentasi presisi, seperti dalam sistem pemandu inersia dan dalam mekanisme pendukung untuk sistem optik. Paduan berilium-tembaga juga digunakan sebagai bahan pengeras dalam "pistol Jason", yang digunakan untuk mengelupas cat dari lambung kapal.

Berilium juga digunakan untuk kantilever dalam styli kartrid fonograf berkinerja tinggi, di mana kekakuannya yang ekstrem dan massa jenisnya yang rendah memungkinkan bobot pelacakan dikurangi menjadi 1 gram, namun tetap melacak bagian frekuensi tinggi dengan distorsi minimal.

Aplikasi utama berilium sebelumnya adalah untuk rem pesawat militer karena kekerasannya, titik leburnya yang tinggi, dan kemampuannya yang luar biasa untuk menghilangkan panas. Pertimbangan lingkungan telah menyebabkan substitusi dengan bahan lain.

Untuk mengurangi biaya, berilium dapat dipadukan dengan aluminium dalam jumlah yang signifikan, menghasilkan paduan AlBeMet (nama dagang). Campuran ini lebih murah daripada berilium murni, namun tetap mempertahankan banyak sifat yang diinginkan.

Cermin
Cermin berilium sangatlah menarik. Cermin berarea besar, seringkali dengan struktur pendukung sarang lebah, digunakan, misalnya, pada satelit meteorologi di mana berat rendah dan stabilitas dimensi jangka panjang sangat penting. Cermin berilium yang lebih kecil digunakan dalam sistem panduan optik dan sistem pengendali tembakan, misalnya pada tank tempur utama Leopard 1 dan Leopard 2 buatan Jerman. Dalam sistem ini, diperlukan gerakan cermin yang sangat cepat yang sekali lagi menentukan massa rendah dan kekakuan tinggi. Biasanya cermin berilium dilapisi dengan pelapisan nikel nirlistrik yang keras yang dapat lebih mudah dipoles hingga hasil akhir optik yang lebih halus daripada berilium. Namun, dalam beberapa aplikasi, blanko berilium dipoles tanpa lapisan apa pun. Hal ini terutama berlaku untuk operasi kriogenik di mana ketidaksesuaian ekspansi termal dapat menyebabkan lapisan tertekuk.

Teleskop Luar Angkasa James Webb memiliki 18 bagian berilium heksagonal untuk cerminnya, masing-masing dilapisi dengan lapisan emas tipis.  Karena JWST akan menghadapi suhu 33 K, cermin tersebut terbuat dari berilium berlapis emas, yang mampu menangani dingin ekstrem lebih baik daripada kaca. Berilium berkontraksi dan berubah bentuk lebih kecil dari kaca – dan tetap lebih seragam – dalam suhu seperti itu. Untuk alasan yang sama, optika Teleskop Ruang Angkasa Spitzer seluruhnya terbuat dari logam berilium.

Aplikasi magnetis

Berilium adalah nonmagnetik. Oleh karena itu, alat-alat yang dibuat dari bahan berbasis berilium digunakan oleh tim penjinak bahan peledak angkatan laut atau militer yang bekerja di atau dekat ranjau laut, karena ranjau ini umumnya memiliki murang magnetis. Mereka juga ditemukan dalam bahan pemeliharaan dan konstruksi di dekat mesin pencitraan resonansi magnetik (MRI) karena medan magnet tinggi yang dihasilkan. Di bidang komunikasi radio dan radar yang kuat (biasanya militer, perkakas tangan yang terbuat dari berilium digunakan untuk menyetel klistron, magnetron, dan tabung gelombang berjalan yang sangat magnetis, yang digunakan untuk menghasilkan daya gelombang mikro tingkat tinggi pada pemancar.

Aplikasi nuklir
Pelat tipis atau foil berilium kadang-kadang digunakan dalam desain senjata nuklir sebagai lapisan paling luar dari biji plutonium pada tahap utama bom termonuklir, ditempatkan untuk mengelilingi bahan fisil. Lapisan-lapisan berilium ini adalah "pendorong" yang baik untuk delakan plutonium-239, dan mereka adalah reflektor neutron yang baik, seperti pada reaktor nuklir yang dimoderasi berilium.

Berilium juga biasa digunakan di beberapa sumber neutron pada perangkat laboratorium yang membutuhkan relatif sedikit neutron (daripada harus menggunakan reaktor nuklir, atau generator neutron bertenaga akselerator partikel). Untuk tujuan ini, target berilium-9 dibombardir dengan partikel alfa energetik dari sebuah radioisotop seperti polonium-210, radium-226, plutonium-238, atau amerisium-241. Dalam reaksi nuklir yang terjadi, inti berilium ditransmutasikan menjadi karbon-12, dan satu neutron bebas dipancarkan, bergerak ke arah yang sama dengan arah partikel alfa. Sumber-sumber neutron berilium yang digerakkan oleh peluruhan alfa, yang dinamai inisiator neutron "urchin" digunakan dalam beberapa bom atom awal. Sumber neutron di mana berilium dibombardir dengan sinar gama dari sebuah radioisotop yang meluruh melalui peluruhan gama, juga digunakan untuk menghasilkan neutron laboratorium.

Berilium juga digunakan dalam pembuatan bahan bakar untuk reaktor CANDU. Elemen bahan bakar memiliki pelengkap kecil yang resistan dibrazing ke kelongsong bahan bakar menggunakan proses pematerian induksi dengan Be sebagai bahan pengisi brazing. Bantalan bearing dibrazing di tempat untuk mencegah kontak antara bundel bahan bakar dan tabung tekanan yang mengandungnya, dan bantalan spacer antarelemen dibrazing untuk mencegah kontak elemen ke elemen.

Berilium juga digunakan di laboratorium penelitian fusi nuklir Joint European Torus, dan akan digunakan di ITER yang lebih maju untuk mengondisikan komponen yang berhadapan dengan plasma. Berilium juga telah diusulkan sebagai bahan kelongsong untuk batang bahan bakar nuklir, karena kombinasi sifat mekanik, kimia, dan nuklirnya yang baik. Berilium fluorida adalah salah satu garam konstituen dari campuran garam eutektik FLiBe, yang digunakan sebagai pelarut, moderator, dan pendingin dalam banyak desain reaktor garam cair, termasuk reaktor fluorida torium cair (LFTR).

Akustika
Berat yang rendah dan kekakuan berilium yang tinggi membuatnya berguna sebagai bahan untuk speaker driver frekuensi tinggi. Karena berilium berharga mahal (berkali-kali lebih mahal daripada titanium), sulit dibentuk karena kerapuhannya, dan beracun jika salah penanganan, tweeter berilium terbatas pada aplikasi rumah kelas atas, audio pro, dan alamat publik. Beberapa produk fidelitas tinggi secara curang diklaim terbuat dari bahan tersebut.

Beberapa kartrid fonograf kelas atas menggunakan kantilever berilium untuk meningkatkan pelacakan dengan mengurangi massa.

Elektronika
Berilium adalah dopan tipe-p dala senyawa semikonduktor III-V. Ia banyak digunakan dalam bahan-bahan seperti GaAs, AlGaAs, InGaAs, dan InAlAs yang ditanam oleh epitaksi berkas molekul (MBE). Lembar berilium yang digulung silang adalah dukungan struktural yang sangat baik untuk papan sirkuit cetak pada teknologi pemasangan permukaan. Dalam aplikasi elektronika kritis, berilium merupakan penopang struktural dan pembuang panas. Aplikasi ini juga membutuhkan koefisien thermal expansion ekspansi termal yang cocok dengan substrat alumina dan kaca polimida. Komposit berilium-berilium oksida "E-Material" telah dirancang khusus untuk aplikasi elektronika ini dan memiliki keuntungan tambahan bahwa koefisien ekspansi termal dapat disesuaikan agar sesuai dengan bahan substrat yang beragam.

Berilium oksida berguna untuk banyak aplikasi yang memerlukan sifat gabungan dari insulator listrik dan konduktor panas yang sangat baik, dengan kekuatan dan kekerasan tinggi, serta titik lebur yang sangat tinggi. Berilium oksida sering digunakan sebagai pelat dasar insulator pada transistor daya tinggi pada pemancar frekuensi radio untuk telekomunikasi. Berilium oksida juga sedang dipelajari untuk digunakan dalam meningkatkan konduktivitas termal pelet bahan bakar nuklir uranium dioksida. Senyawa berilium digunakan dalam tabung lampu fluoresen, tetapi penggunaan ini dihentikan karena penyakit beriliosis yang berkembang pada pekerja yang membuat tabung.

Kesehatan
Berilium adalah komponen dari beberapa paduan gigi.

Toksisitas dan keamanan

Efek biologis
Sekitar 35 mikrogram berilium ditemukan dalam tubuh manusia rata-rata, jumlah yang tidak dianggap berbahaya. Berilium secara kimiawi mirip dengan magnesium dan karenanya dapat menggantikannya dari enzim, yang menyebabkannya tidak berfungsi. Karena Be2+ adalah ion yang bermuatan tinggi dan sangat kecil, ia dapat dengan mudah masuk ke banyak jaringan dan sel, di mana ia secara khusus menargetkan inti sel, menghambat banyak enzim, termasuk enzim yang digunakan untuk menyintesis DNA. Toksisitasnya diperburuk oleh fakta bahwa tubuh tidak memiliki sarana untuk mengontrol kadar berilium, dan begitu berada di dalam tubuh, berilium tidak dapat dihilangkan.

Inhalation
Beriliosis kronis adalah penyakit granuloma paru-paru dan sistemik granuloma yang disebabkan oleh penghirupan debu atau asap yang terkontaminasi berilium; jumlah besar dalam waktu singkat atau jumlah kecil dalam waktu lama dapat menyebabkan penyakit ini. Gejala penyakit ini bisa memakan waktu hingga lima tahun untuk berkembang; sekitar sepertiga pasien yang mengidapnya meninggal dan yang selamat menjadi cacat. Badan Penelitian Kanker Internasional (IARC) mencantumkan berilium dan senyawa berilium sebagai karsinogen Kategori 1.

Paparan pekerjaan
Di AS, Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Kerja (Occupational Safety and Health Administration, OSHA) telah menetapkan batas paparan yang diizinkan (permissible exposure limit, PEL) untuk berilium dan senyawa berilium sebesar 0,2 µg/m3 sebagai rata-rata tertimbang waktu (time-weighted average, TWA) 8 jam, dan 2,0 µg/m3 sebagai batas paparan jangka pendek selama periode pengambilan sampel 15 menit. Institut Nasional untuk Keselamatan dan Kesehatan Kerja (National Institute for Occupational Safety and Health, NIOSH) telah menetapkan ambang batas atas batas paparan yang direkomendasikan (recommended exposure limit, REL) sebesar 0,5 µg/m3. Nilai IDLH (immediately dangerous to life and health, langsung berbahaya bagi kehidupan dan kesehatan) adalah 4 mg/m3. Toksisitas berilium setara dengan metaloid/logam beracun lainnya, seperti arsen dan raksa.

Paparan berilium di tempat kerja dapat menyebabkan respons imun sensitisasi dan seiring waktu dapat mengembangkan penyakit berilium kronis (chronic beryllium disease, CBD). NIOSH di Amerika Serikat meneliti efek ini bekerja sama dengan produsen besar produk berilium. NIOSH juga melakukan penelitian genetik tentang sensitisasi dan CBD, terlepas dari kolaborasi ini.

Penyakit berilium akut dalam bentuk pneumonitis kimia pertama kali dilaporkan di Eropa pada tahun 1933 dan di Amerika Serikat pada tahun 1943. Sebuah survei menemukan bahwa sekitar 5% pekerja di pabrik yang memproduksi lampu fluoresen pada tahun 1949 di Amerika Serikat menderita penyakit paru-paru yang berhubungan dengan berilium. Beriliosis kronis menyerupai sarkoidosis dalam banyak hal, dan diagnosis banding seringkali sulit untuk dilakukan. Penyakit ini membunuh beberapa pekerja awal dalam desain senjata nuklir, seperti Herbert L. Anderson.

Berilium dapat ditemukan dalam terak batubara. Saat terak diformulasikan menjadi bahan abrasif untuk meledakkan cat dan karat dari permukaan yang keras, berilium dapat terbawa udara dan menjadi sumber paparan.

Meskipun penggunaan senyawa berilium dalam tabung lampu fluoresen dihentikan pada tahun 1949, potensi paparan berilium ada dalam industri nuklir dan kedirgantaraan serta dalam pemurnian logam berilium dan peleburan paduan yang mengandung berilium, pembuatan perangkat elektronik, dan penanganan bahan lain yang mengandung berilium.

Deteksi
Peneliti awal melakukan praktik yang sangat berbahaya untuk mengidentifikasi berilium dan berbagai senyawanya dari rasanya yang manis. Identifikasi sekarang dilakukan dengan menggunakan teknik diagnostik modern yang aman. Sebuah tes yang berhasil untuk berilium di udara dan di permukaan telah dikembangkan dan diterbitkan sebagai standar konsensus sukarela internasional ASTM D7202. Prosedur ini menggunakan amonium bifluorida encer untuk disolusi dan deteksi fluoresensi dengan berilium yang terikat pada hidroksibenzokuinolin tersulfonasi, yang memungkinkan deteksi sensitif hingga 100 kali lebih banyak daripada batas yang direkomendasikan untuk konsentrasi berilium di tempat kerja. Fluoresensi meningkat seiring dengan meningkatnya konsentrasi berilium. Prosedur baru ini telah berhasil diuji pada berbagai permukaan dan efektif untuk disolusi dan deteksi berilium oksida refraktori dan berilium silika dalam konsentrasi kecil (ASTM D7458). Manual Metode Analitik NIOSH berisi metode untuk mengukur paparan berilium di tempat kerja.

Referensi

Sumber yang dikutip

Bacaan lebih lanjut
 
 Mroz MM, Balkissoon R, Newman LS. "Beryllium". In: Bingham E, Cohrssen B, Powell C (eds.) Patty's Toxicology, Edisi kelima. New York: John Wiley & Sons 2001, 177–220.
 Walsh, KA, Beryllium Chemistry and Processing. Vidal, EE. dkk. Eds. 2009, Materials Park, OH:ASM International.
 Beryllium Lymphocyte Proliferation Testing (BeLPT). DOE Specification 1142–2001. Washington, DC: U.S. Department of Energy, 2001.

Pranala luar

  ATSDR Case Studies in Environmental Medicine: Beryllium Toxicity Departemen Kesehatan dan Layanan Masyarakat AS
  It's Elemental – Beryllium
  MSDS: ESPI Metals
  Beryllium di The Periodic Table of Videos (Universitas Nottingham)
  National Institute for Occupational Safety and Health – Beryllium Page
  National Supplemental Screening Program (Oak Ridge Associated Universities)
  Historic Price of Beryllium in USA

 
Unsur kimia
Logam alkali tanah
Moderator neutron
Bahan nuklir
Karsinogen IARC Golongan 1
Kesehatan dan keselamatan kerja
Reduktor
Unsur kimia dengan struktur padat heksagon