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Beryllium

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Vorlage:Chemisches Element 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 (griech. βηρυλλος, Beryll, ein berylliumhaltiger Schmuckstein) wurde 1798 durch Louis-Nicolas Vauquelin in Form seines Oxides aus den Edelsteinen Beryll und Smaragd isoliert. Jedoch gelang erst 1828 Friedrich Wöhler und Antoine Bussy die Darstellung des reinen Metalls durch die Reduktion des Berylliumchlorids mit Kalium. Wegen des süßen Geschmackes der Berylliumsalze wurde in Frankreich bis 1957 für das vierte Element die Bezeichnung Glucinium verwendet.

Im Altertum und Mittelalter dienten durchsichtige Beryllstücke vielfach als Zauberglas. Vom Wort Beryll leitet sich auch die Bezeichnung Brille, ursprünglich für ein Augenglas aus Beryll, ab.

Vorkommen

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, 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.

Herstellung

Elementares Beryllium lässt sich durch Reduktion von Berylliumfluorid mit Magnesium bei 900 °C herstellen.

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Die Herstellung hochreinen, metallischen Berylliums erfolgt durch Schmelzflusselektrolyse von Berylliumchlorid bzw. -fluorid.

Eigenschaften

Beryllium

Beryllium besitzt für ein Leichtmetall einen bemerkenswert hohen Schmelzpunkt. Das liegt daran, das Beryllium keine klassischen Eigenschaften von Metallen mehr besitzt, sondern mehr einen Übergang zu den hochschmelzenden Bor und Kohlenstoff darstellt. 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.

Bei Raumtemperatur ist Beryllium an trockener Luft beständig, es bildet sich eine passivierende Oxidhaut, die auch dem Angriff kalter konzentrierter Salpetersäure widersteht. In Salzsäure wird es jedoch schnell angegriffen. An feuchter Luft überzieht es sich mit einer Schicht aus Hydroxid, die sich auch beim Kontakt mit Wasser ausbildet. Bei höheren Temperaturen ist die Korrosionsbeständigkeit in Wasser abhängig von den Verunreinigungen des Metalls sowie des Korrosionsmediums, zusätzlich besteht die Gefahr der Lochfraßkorrosion. Alkalilaugen greifen Beryllium unter Bildung von Beryllaten an. In heißen Gasen wie Luft, Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid tritt merkliche Korrosion erst oberhalb von 600 °C ein.

Verwendung

Halbzeuge und Rohteile aus Berylliummetall werden vielfach als Sinterprodukte pulvermetallurgisch in HIP- und CIP-Verfahren hergestellt (heiß- und kaltisostatisches Pressen). Gussteile aus Beryllium finden wegen der anisotropen Eigenschaften und anderer Merkmale, wie Grobkörnigkeit, keine technische Verwendung. Prozesse für die Herstellung von Berylliummetall und für das Legieren mit Kupfer oder/und Nickel verwenden Berylliumhydroxid und Berylliumoxid als Ausgangsstoff.

Trotz der herausragenden Eigenschaften des Berylliums ist es wegen seines hohen Preises und seiner Toxizität nur für wenige Anwendungen geeignet. Es findet Verwendung:

  • als Konstruktionswerkstoff in Legierungen mit Aluminium: die sogenannten Lockalloy-Legierungen finden insbesondere für beanspruchte und sehr leichte Produkte in der Flugzeug- und Weltraumtechnik Verwendung;
  • als Legierungsbestandteil in Berylliumbronzen. Daraus werden u. a. funkenfreie, nichtmagnetische Werkzeuge hergestellt, die in explosionsgefährdeten Bereichen eingesetzt werden können.
  • als CuBe-Ventilsitze im Motorenbau,
  • als Berylliummetall für Moderatoren und Reflektoren für Neutronen in Reaktoren, Kernwaffen und im JET (Joint European Torus);
  • als Berylliummetall für Neutronenmultiplikatoren in Schnellen Brütern und zukünftig möglicherweise in Fusionsreaktoren:
  • als Berylliumfenster in Röntgenröhren wegen der Durchlässigkeit für Röntgenstrahlen;
  • ebenfalls als Berylliumfenster für Röntgen- und Gammastrahlungsdetektoren wegen des geringen Absorptionsquerschnittes für diese Strahlung.
  • zur Herstellung von Kontakt-und Federwerkstoffen aus Berylliumbronzen; sie zeichnen sich durch hohe Härte, Elastizität, Ermüdungsfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Nichtmagnetisierbarkeit sowie elektrische und thermische Leitfähigkeit aus.
  • zur Herstellung von nichtmagnetisierbaren Werkzeugen für den Einsatz in starken Magnetfeldern, beispielsweise Arbeiten an MRT-Geräten.

Weitere Anwendungen:

  • Relaiskontakte aus CuBe und CuCo.
  • die Berylliummetall-Fangspiegel 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 Berylliummetall.
  • 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.
  • Berylliumoxid als wärmeleitender Isolator für Hochfrequenz-Leistungstransistoren, -Zirkulatoren und -Hochlastwiderstände. Wegen der Giftigkeit wird BeO zunehmend durch Aluminiumoxid ersetzt.
  • Hochtöner von High-End-Lautsprechern versuchsweise aus Beryllium-Metall (Yamaha Corporation), 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, Berylliumoxid 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.

Bei der Berylliumverarbeitung ist Absaugung und Abkapselung bei der Spanabnahme unbedingt erforderlich! 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. Jedoch ist Beryllium auf der Erdoberfläche weit verbreitet und somit ist dies nicht sehr außergewöhnlich.

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Wiktionary: Beryllium – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
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