Beryllium

Isotop	NH	t_1/2	ZM	ZE M eV	ZP	-	⁷Be	{syn.}	53,12 Tage	ε	0,862	⁷Li	-	⁸Be	{syn.}	6,722 · 10^-17 s	2α	0.092	–	-	⁹Be	100 %	Be ist stabil mit 5 Neutronen				-	¹⁰Be	in Spuren	1,51 · 10⁶a	β^-	0,556	¹⁰B	-	¹¹Be	{syn.}	13,81 s	β^-	11,506	¹¹B

- NMR-Eigenschaften

	⁹Be	-	Kernspin	-3/2	-	gamma	3,759 · 10⁷ rad/T	-	Empfindlichkeit	0,0139	-	Larmorfrequenz bei B = 4,7 T	28,1 M Hz

- Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet.
Wenn nicht anders vermerkt,
gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Beryllium ist ein chemisches Element im Periodensystem der Elemente mit dem Symbol Be und der Ordnungszahl 4. Das zweiwertige, stahlgraue Leichtmetall ist sehr hart und spröde. Es wird meist als Legierungszusatz verwendet.

Geschichte

Beryllium (von griech. βηρυλλος Beryll, ein Edelstein, der Beryllium enthält) wurde 1798 durch Louis-Nicolas Vauquelin in Form seines Oxides aus den Edelsteinen Beryll und Smaragd dargestellt. 1828 gelang Friedrich Wöhler und Antoine Bussy die Reduktion des Berylliumchlorids mit Kalium zum metallischen Beryllium. Wegen des süßen Geschmackes der Berylliumsalze und Berylliumoxid wurde in Frankreich bis 1957 für das vierte Element die Bezeichnung Glucinium verwendet.

Nach anderen Versionen wird das Wort Beryllium aus dem indischen Wort Beryll, das aus der Halbinsel Arabien oder Indien lange bekannt war, abgeleitet. Schmucksteine mit Beryllium-Anteile in diesem Raum sind seit mehr als 400 Jahren bekannt.

Im Altertum und Mittelalter dienten durchsichtige Beryllstücke vielfach als Zauberglas. Vom Wort Beryll leitet sich auch der Ausdruck Brille (Augenglas aus Beryll) ab.

Vorkommen

Das Element Beryllium, Be, ist insbesondere als BeO 1797 von L. N. Vauquelin entdeckt worden. Das seltene Element kommt in 30 verschiedenen Mineralien vor. Die wichtigsten sind Bertrandit (USA) und Beryll (China, Russland und Brasilien). Die schönsten und wertvollsten sind die Edelsteine Aquamarin, Smaragd, Roter Beryll, Euklas, Gadolinit, Chrysoberyll, Phenakit, Chrysoberyll und Alexandrit. Berylliumerz-Lagerstätten befinden sich im Äquatorialgürtel. Frühere Lagerstätten befanden sich nördlich zu Fuße der Hohen Tauern um Bramberg in Österreich. In den USA werden niedrighaltige Lagerstätten von BeO-Erz in der Nevada-Wüste abgebaut. Die Herstellung des hochreinen, metallischen Berylliums erfolgt durch eine aufwändige Elektrolyse. Überwiegend wird durch eine chemo-thermische Reduktion von Berylliumfluorid, aber auch mithilfe von Fluor und Schwefel, mit Magnesium Berylliumhydroxyd oder Berylliumoxyd und schließlich Beryllium-Metall gewonnen.

BeF₂ + Mg → MgF₂ + Be.

Beryllium wird in der Technik hauptsächlich als Legierungselement mit Kupfer, Kupfer-Kobalt und Nickel (CuBe, CuCoBe und NiBe) verwendet. Berylliumoxyd wird wegen seiner hohen Wärmeleitfähigkeit und seiner elektrischen Isolierung in der Elektronik verwendet.

Eigenschaften

Beryllium_1.jpg Beryllium besitzt für ein Leichtmetall einen bemerkenswert hohen Schmelzpunkt. Neben der sehr hohen Wärmekapazität besitzt es einen um 1/3 höheren Elastizitätsmodul als Stahl, die Schwingungsdämpfung ist ebenfalls sehr hoch. Zusätzlich besitzt es eine hohe Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen. Alphateilchen setzen aus Beryllium Neutronen frei.

${}^{9}_4 \mathrm Be + {}^{4}_2 \mathrm He^{2+} \to {}^{12}_6 \mathrm C + {}^{1}_0 \mathrm n$

Bei Raumtemperatur ist Beryllium an trockener Luft beständig, es bildet sich eine passivierende Oxidhaut, die dem Angriff konzentrierter Salpetersäure widersteht. In Salzsäure wird es schnell angegriffen. An feuchter Luft überzieht es sich mit einer Schicht aus Hydroxid.

Verwendung

Halbzeuge und Rohteile aus Beryllium-Metall werden vielfach Pulvermetallurgisch, in HIP- und CIP-Verfahren hergestellt. (Heiß-Isostatisches Pressen / Kalt-Isostatisches Pressen.) Sie sind als Sinterprodukt zu betrachten. Guß-Teile aus Beryllium finden wegen der anisotropischen Eigenschaften und anderen Merkmalen, wie Grobkörnigkeit, keine technische Verwendung. Prozesse für die Herstellung von Beryllium-Metall und für das Legieren mit Kupfer oder/und Nickel verwenden Berylliumhydroxyd und Berylliumoxyd als Ausgangsstoff. Es handelt sich bei der Gewinnung von Beryllium und Berylliumoxyd aus den BeO-haltigem-Erz um eine Thermo-Chemische-Reduktion.

als Konstruktionswerkstoff in Legierungen mit Aluminium, hiermit ist die patentierte Lockalloy-Legierung gemeint, für besonders beanspruchte und sehr leichte Produkte in der Flugzeug- und Weltraumtechnik.
als Legierungsbestandteil in Berylliumbronzen. Daraus werden u. a. funkenfreie nichtmagnetische Werkzeuge hergestellt, die in Ex(plosionsgefährdeten)-Bereichen, die Wasserstoff in der Luft haben, eingesetzt werden.
CuBe Ventilsitze (Motorenbau)
Beryllium-Metall als Moderator und Reflektor für Neutronen in Reaktoren, Kernwaffen und im JET (Joint European Torus).
Beryllium-Metall als Neutronenmultiplikator in Schnellen Brütern und zukünftig möglicherweise in Fusionsreaktoren:

\mathrm{\,^9Be + n \rightarrow 2\, \,^4He + 2\,n - 1,57\,MeV}

wegen seiner Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen als Beryllium-Fenster in Röntgenröhren.
Deckel und Boden aus Beryllium-Metall für die Messung von Gamma-Strahlen im Weltall des europäischen Cos-B- Satelliten.
Überwiegend wird Beryllium zur Herstellung von Kontakt-und Federwerkstoffen aus Berylliumbronzen es sind die technischen Berylliumhaltige-Kupfer-Legierungen verwendet. Sie zeichnen sich durch hohe Härte, Elastizität, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Nichtmagnetisierbarkeit sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit aus.

Die herausragenden Eigenschaften von Beryllium-Metall machen es wegen seines hohen Preises und seiner Toxizität nur für wenige Anwendungen geeignet.

Weitere Anwendungen:

Relaiskontakte aus CuBe und CuCo.
die Beryllium-Metallfangspiegel (70 kg schwer) der vier 8-Meter-Spiegelteleskope des Very Large Telescope (VLT) sowie der Fangspiegel des Spitzer-Weltraumteleskops sind aus verspiegeltem Beryllium.
Uhrenfedern aus Eisen-Nickel-Beryllium, NiBe.
CuBe und CuCoBe Elektroden für das Punktschweißen und für Kunststoffspritzdüsen.
Bremsscheiben des Space Shuttles (geringes Gewicht und hohe Wärmekapazität) aus Beryllium-Metall.
Rotoren in Kreiselkompassen, bewegliche Spiegel in optischen Systemen, Antriebssysteme in Magnetbandgeräten
Neutronenquelle: Bestrahlung mit Alphateilchen erzeugt freie Neutronen
Nickel-Beryllium-Legierungen für temperaturbelastete Verbindungselemente, wie Thermostatschalter.
Nickel-Beryllium Werkzeuge, wegen Anti-Klebeneigung für sekundäre Bor-Silikat-Gläser und optische Mehrfocalglaslinsen.
Berylliumoxyd als wärmeleitender Isolator für Hochfrequenz-Leistungstransistoren, -Zirkulatoren und -Hochlastwiderstände. Wegen der Giftigkeit wird BeO zunehmend durch Aluminiumoxyd ersetzt.
Hochtöner von High-End-Lautsprechern versuchsweise aus Beryllium-Metall von YAMAHA. (Kalotten-Membrane für ultra-tiefe Töne)
McLaren Mercedes verwendete diesen Werkstoff in der Formel 1 beim Motorenbau.

Da das Team im Jahre 1998 und 1999 nahezu konkurrenzlos war, wurde dieser Werkstoff nach einem Protest von Ferrari verboten. Als Begründung nannten sie, dass der Werkstoff bei der Bearbeitung gesundheitsschädlich ist.

Sicherheitshinweise

Beryllium, Berylliumoxyd und Berylliumsalze sind giftig und krebserregend. Beryllium kann zu Haut-, Lungen-, Milz- und Leberschäden führen. Beryllium akkumuliert sich im menschlichen Körper und führt nach jahrelanger Latenzzeit zur Bildung von Tumoren. Gefährlich ist vor allen Dingen inhaliertes Beryllium, es führt zur Berylliose. Hierbei kommt es in der Lunge zur Bildung von charakteristischen Epitheloidzellgranulomen. Verschlucktes Beryllium ist relativ ungefährlich, da es überwiegend wieder ausgeschieden wird.

Beryllium reichert sich im Tabak an und gelangt beim Rauchen in die Luft (Eine Zufallsuntersuchung im Max-Planck-Institut für Metallforschung in Stuttgart). Auch in Tomatenpflanzen wurden, wie im Tabak, Spuren von Beryllium nachgewiesen. In der Tat: Beryllium befindet sich vielfach in der Erdoberfläche und somit ist dies nicht sehr außergewöhnlich. In schlecht gelüfteten Räumen sind Konzentrationen bei der Zerspanung von Beryllium oberhalb der maximalen Arbeitsplatzkonzentration nachgewiesen worden. Absaugung und Abkapselung bei der Spanabnahme ist unbedingt erforderlich.

Weblinks

WebElements.com - Beryllium
Beryllium (Periodensystem für den Schulgebrauch), mit Fotos
EnvironmentalChemistry.com - Beryllium
It's Elemental - Beryllium
Abbildung in der Elementansammlung von Heinrich Pniok auf www.Pniok.de
Alpha *Centauri: Was ist die Beryllium-Barriere?
Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie.
Darwin and Buddeery: BERYLLIUM (1960)
Veröffentlichungen von Ingolf Strassmann/Muc 1970-1990