| Beryllium 4Be | ||||||
| engl. Beryllium; griech. beryllós („hellgrüner Stein“) | ||||||
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 Physikalisch-chemische Eigenschaften |
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Beryllium
ist ein grau glänzendes, hartes und sprödes Leichtmetall, das
einen relativ hohen Schmelzpunkt aufweist und an der Luft beständig
ist. Die Ursache für die chemische Beständigkeit des kompakten
Metalls liegt darin, dass es an der Oberfläche mit dem Luftsauerstoff
reagiert und eine dünne, schützende Oxidschicht ausbildet, dabei
bleibt der Glanz weitgehend erhalten. Beim Erhitzen auf Rotglut lässt
es sich gut verformen und dehnen. Seine elektrische und thermische Leitfähigkeit ist relativ
gut. In der Nähe des absoluten Nullpunktes bei −273 °C wirkt Beryllium
als Supraleiter. In seinen chemischen Eigenschaften ähnelt das Beryllium
dem Aluminium. Bei hohen Temperaturen reagiert
Berylliumpulver mit Sauerstoff und verbrennt
zu Berylliumoxid:
2 Be + O2 
2 BeO ΔHR = −1218,8 kJ/mol Berylliumoxid ist ein äußerst toxischer Stoff, der aufgrund seiner guten Wärmeleitfähigkeit in keramischen Materialien in Schmelztiegeln oder in Zündkerzen eingesetzt wird. Wasser und kalte Salpetersäure greifen Beryllium nicht an. Verdünnte Salz- und Schwefelsäure wie auch verdünnte Alkalilaugen reagieren mit Beryllium unter lebhafter Wasserstoffentwicklung und den entsprechenden Berylliumsalzen: Be + 2 HCl
BeCl2 + H2 Be + H2SO4
BeSO4 + H2 Die Berylliumverbindungen sind ähnlich toxisch wie der elementare Stoff. Die bekannten Vergiftungsfälle wurden meist durch das Einatmen der Stäube verursacht.
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| Toxikologie |
Bei
der Berührung des Metalls besteht die Gefahr, dass über Hautverletzungen
Partikel in das Unterhautgewebe gelangen. Dort führen sie zu allergischen
oder entzündlichen Reaktionen der Haut. Eingeatmete Berylliumstäube
und Dämpfe verbleiben relativ lange in der Lunge. Auch wenn nur relativ
wenig Beryllium in das Blut aufgenommen wird, kann es zu Entzündungen
der oberen Atemwege bis hin zu schweren Lungenschäden kommen. Bei
einer wiederholten Aufnahme tritt eine chronische Berylliose auf. Die Symptome
dieser chronischen Entzündung der Lunge äußern sich in
Atemnot, trockenem Husten, Müdigkeit, Brustschmerz und Schwächeanfällen.
Es kann sich Lungenkrebs entwickeln. Auch Todesfälle durch akutes
Lungen- oder Herzversagen sind bekannt. Berufsbedingte Berylliumvergiftungen
kommen heute kaum noch vor, dagegen befinden sich im Zigarettenrauch erhebliche
Mengen Beryllium. Es ist in geringer Menge in den Böden und in Pflanzen
wie der Tabakpflanze enthalten. |
| Vorkommen |
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Häufigkeit selten
In der Natur tritt Beryllium nie elementar auf. Das häufigste und wichtigste Berylliummineral ist der Beryll, ein Beryllium-Aluminium-Silicat. Grün gefärbte Kristalle des Berylls werden als Smaragd, blau gefärbte als Aquamarin bezeichnet. Die Farben der als Edelstein gehandelten Berylle werden durch Fremd-Ionen im Kristallgitter verursacht. Cr3+-Ionen färben den Beryll grün, Fe2+-Ionen und Ti4+-Ionen färben ihn blau. Verwertbare Berylliumerze kommen vor allem in Brasilien, Argentinien, Indien, Sri Lanka, Zentral- und Südafrika, in Russland, in den USA und in Kolumbien vor. Der Phenakit ist ein weiteres Berylliummineral, das mit einer Mohshärte von 8 sogar noch etwas härter als ein Beryll ist.
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| Geschichte |
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Der Aquamarin wurde bereits von den alten Ägyptern für Schmucksteine abgebaut. Die frühen Volksstämme in Südamerika kannten den Smaragd. Schon Plinius der Ältere stufte den Aquamarin und den Smaragd als eng miteinander verwandt ein. 1590 erwähnte der spanische Jesuit José d'Acosta einen Smaragd aus Peru, mit dem sich die Könige von Mexiko schmückten. Bis zum Ende des 18. Jahrhunderts war die Zusammensetzung nicht bekannt. [Lit. 138]
Der französische Mineraloge Abbé-Just Haüy (1743–1822) untersuchte einen Smaragd aus Peru und einen Beryll aus der Umgebung der französischen Stadt Limoges. Er stellte fest, dass die Kristallform, die Härte und die Dichte übereinstimmten. Der französische Chemiker Louis Nicolas Vauquelin (1763–1829) stellte 1798 aus dem Mineral Beryll erstmals ein Oxid her. Aufgrund des süßen Geschmacks der Berylliumsalze wurde das in der „Beryllerde“ vermutete Element zunächst „Glucinum“ genannt. Martin Heinrich Klaproth (1743–1817) stellte kurz darauf die gleiche Erde her und benannte das Element nach dem Mineral Beryll. Das chemische Symbol Be vergab J.J. Berzelius im Jahre 1814.
Das Element in unreiner Form konnte erst 1828 durch Friedrich
Wöhler in Berlin und durch Antoine Alexandre Bussy (1794–1882) in
Paris durch die Reduktion von Berylliumchlorid mit Kalium hergestellt werden. Sie erhielten ein graues Pulver, das bei näherer Betrachtung metallisch glitzerte. Das Schmelzen des Pulvers zu einem kompakten Metall gelang damals aber noch nicht. Die Darstellung des reinen Metalls ließ noch lange auf sich warten: Dies gelang erst 1898 dem französischen Chemiker Paul Marie
Alfred Lebeau (1868–1959) durch eine Schmelzflusselektrolyse von Natriumtetrafluoridoberyllat. Es dauerte nach Wöhlers Synthese fast 100 Jahre, bis ein industrielles Verfahren zur kommerziellen Berylliumherstellung verfügbar war. 1922 meldeten die deutschen Chemiker Alfred Stock (1876–1946) und Hans Goldschmidt (1861–1923) ein Patent zur elektrolytischen Produktion von Beryllium an.
Bis in die 1930er-Jahre verbaute man in Taschenuhren Unruhspiralen aus Stahl, den man an der dunkelblauen Färbung erkennen kann. Der Stahl verringert vor allem bei höheren Temperaturen die Spannkraft, so dass die Uhr nachgeht. Der Schweizer Ingenieur Reinhard Straumann (1892–1967) erfand 1933 den Werkstoff Nivarox, er entwickelte die Abkürzung aus der Bezeichnung „nicht variabel oxydfest“. Die Nickel-Eisen-Legierung enthält weitere Metalle wie Chrom, Mangan, Titan, Silicium und Beryllium. Der Werkstoff ist fast nicht magnetisierbar und sehr korrosionsbeständig, er dehnt sich bei Wärme nur wenig aus und vor allem ist er extrem zugfest und ermüdet nicht, wenn er verbogen wird. Das macht ihn zu einem optimalen Werkstoff für die Antriebsfedern und Unruhspiralen der Uhren. |
| Herstellung |
Zuerst
werden die Berylliummineralien mit fluorhaltigen Verbindungen geröstet
oder mit Fluor erhitzt. In allen Fällen erhält man Berylliumfluorid BeF2. Durch eine Reduktion mit Magnesium bei 900 °C entsteht fein verteiltes, pulverförmiges Beryllium:
BeF2 + Mg Be +
MgF2 Sehr reines Beryllium
kann auch durch eine Schmelzflusselektrolyse des Berylliumfluorids zusammen
mit Bariumfluorid und Natriumchlorid erhalten werden. An den Wänden
der verwendeten Nickelgefäße setzen sich dabei Berylliumflitter
ab. |
| Verwendung |
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Legiert
man Metalle wie Kupfer, Aluminium, Nickel oder Eisen mit wenig Beryllium, werden die Härte, die Festigkeit, die Temperaturempfindlichkeit
und die Korrosionsbeständigkeit stark verbessert. Trotz der großen
Härte bleiben derartige Legierungen sehr elastisch. Berylliumbronze oder Berylliumkupfer ist eine Legierung mit Kupfer und einem Anteil von 0,4 bis 2 Prozent Beryllium. Diese
Legierung hat die höchste elektrische Leitfähigkeit aller Legierungen.
Ein Hammer aus Berylliumkupfer schlägt keine Funken und ist trotzdem
sehr hart. Werkzeuge mit diesem Material werden überall dort verwendet,
wo dies notwendig ist, beispielsweise auf Ölbohrinseln oder in Gaswerken.
Die Legierung wird auch in Federn oder in Oberleitungen für Straßenbahnen
und Eisenbahnen eingesetzt. Berylliumkupfer findet sich im Kopf von hochwertigen Golfschlägern.
Man benötigt Beryllium auch als neutronenbremsende Substanz (Moderator) in Kernkraftwerken und Kernwaffen.
Außerdem dient es zur Herstellung von Röntgenfenstern. Reines
Beryllium lässt die Röntgenstrahlen etwa 17 Mal leichter durch als Aluminium. Für die Unruhspiralen von hochwertigen Uhren wird heute eine Weiterentwicklung der Legierung Nivarox verendet. Nivaflex besteht aus 45 % Cobalt, 21 % Nickel, 18 % Chrom, 5 % Eisen, 4 % Wolfram, 4 % Molybdän, 1 % Titan und 0,2 % Beryllium. Der Kohlenstoffgehalt macht weniger als 0,1 % aus. Nivaflex ist in seinen Eigenschaften wesentlich besser für Uhren geeignet als der gewöhnliche Chrom-Mangan-Federstahl.
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| Berylliumminerale |
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Gefahr 
