Il quarto elemento del Sistema Periodico è il berillio (link alla lettura della scheda), il capostipite di un nuovo gruppo della tavola: i metalli alcalino-terrosi. Come intuibile dal nome, anche questi elementi sono estremamente reattivi. Hanno due elettroni di valenza che cedono volentieri, e di conseguenza è impossibile trovarli in natura in forma pura. La carica maggiore del nucleo riduce l’effetto di schermatura introdotto dagli elettroni del primo livello energetico; questo fa sì che il berillio abbia un atomo più piccolo, densità maggiore e temperature di passaggio di stato più alte rispetto al litio. È un comportamento che troviamo in ogni periodo della tavola, man mano che ci si muove verso il gas nobile alla sua estremità.
Il berillio sulla Terra si trova in tracce e principalmente nel minerale berillo, da cui Louis-Nicolas Vauquelin lo isolò nel 1798, anche se i primi campioni puri arrivarono trent’anni più tardi. Il berillo, che ho scelto per la foto nella scheda-elemento, è un silicato di alluminio e berillio (Be3Al2Si6O18) dalla struttura esagonale. Di per sé sarebbe trasparente, ma bastano pochissime impurità per trasformarlo in smeraldo (cromo), acquamarina (ferro 2+), eliodoro (ferro 3+) o berillo rosso (manganese), una delle gemme più rare del mondo. Questo rende il berillo un minerale noto fin dall’antichità. L’etimologia del nome si perde nella storia; arriva forse dal nome della città indiana di Belur, tramite il greco antico.
Il metallo puro è un solido argenteo e fragile, del quale non sembrano esistere foto molto soddisfacenti. Come metallo ha una resistenza e una leggerezza superiori a quelle dell’acciaio e ha trovato un’applicazione preziosa in astronomia: gli specchi del James Webb Space Telescope sono fatti di berillio puro, rivestito da uno strato sottilissimo di oro per migliorarne la riflettività nell’infrarosso. Il berillio si deforma pochissimo quando sottoposto a cambi di temperatura, e JWST opera ad appena 33 K (-240 °C).
Il berillio è anche il primo elemento che incontriamo a essere estremamente tossico. L’esposizione prolungata alle sue polveri causa la berilliosi, una malattia polmonare cronica, mentre dosi massicce portano all’avvelenamento acuto da berillio. Prima delle normative introdotte negli anni ’50 erano malattie professionali molto diffuse tra i minatori delle sue forme minerali.
Raro tra i rari
La rarità del berillio (meno di una parte per miliardo nel Cosmo) non è un caso. Come già visto, il Big Bang si limitò infatti a creare idrogeno, elio e una spolverata di litio. Purtroppo però neanche le stelle sono in grado di produrre berillio, perché le temperature al loro interno lo convertono rapidamente in elio. Tutto il berillio che esiste è stato generato nel gelido vuoto dello spazio interstellare dai raggi cosmici tramite spallazione!
l’unico stabile su lunghi periodi
Come se non bastasse, la sua composizione isotopica è veramente anomala. L’unico isotopo stabile di questo elemento è il berillio-9, la cui asimmetria (4 protoni e 5 neutroni) è un caso unico: siamo parlando dell’unico elemento pari a essere monoisotopico, cioè a possedere un solo isotopo stabile!
Questo è strano perché gli elementi con un numero pari sia di protoni sia di neutroni tendono a essere particolarmente stabili. Come avremo modo di vedere molte volte, la natura odia i numeri dispari, specialmente in fisica nucleare. I dispari lasciano le cose spaiate, asimmetriche, energeticamente sfavorevoli. Logica vorrebbe allora che il berillio-8, dotato della sua simmetria perfetta (4 protoni e 4 neutroni), debba essere un nucleo particolarmente stabile e comune.
E invece no. Perché questa simmetria la hanno anche due nuclei di elio-4, che sono MOLTO stabili. Così stabili che questo isotopo si spezza spontaneamente in due nuclei di elio-4 dopo appena 8 miliardesimi di miliardesimi di secondo! È stato questo fatto a impedire alla nucleosintesi primordiale di procedere oltre al litio. Per raggiungere gli atomi dal carbonio in poi serve un mezzo miracolo, noto come processo a 3α, del quale sono specialiste le stelle giganti rosse.
Sulla Terra sono presenti anche tracce di berillio-10, un isotopo con un tempo di dimezzamento di 1,4 milioni di anni. Viene prodotto per spallazione dai raggi cosmici in atmosfera, e la sua abbondanza nei sedimenti viene utilizzata per ricostruire l’attività del Sole.
