Das Element Beryllium — Beryllium Atom

Beryllium ist ein chemisches Element im Periodensystem mit dem Symbol Be und der Ordnungszahl 4. Das giftige zweiwertige Element Beryllium ist ein stahlgraues, festes, leichtes, aber sprödes Erdalkalimetall, das vor allem als Härtebildner in Legierungen (vor allem Berylliumkupfer) verwendet wird.

Lithium – Beryllium – Bor Be Mg
Allgemein
Name, Symbol, Nummer	Beryllium, Be, 4
Serie	Alkaline Erdmetalle
Gruppe, Periode, Block	2 (IIA), 2, s
Dichte, Härte	1848 kg/m3, 5.5
Aussehen	weiß-grau-metallisch
Atomische Eigenschaften
Atomgewicht	9.01218 amu
Atomradius	112 pm
Kovalenter Radius	90 pm
van der Waals Radius	unbekannt
Elektronenkonfiguration	2s2
e- pro Energieniveau	2, 2
Oxidationsstufen (Oxid)	2 (amphoter)
Kristallstruktur	Hexagonal
Physikalische Eigenschaften
Zustand der Materie	Festkörper (diamagnetisch)
Schmelzpunkt	1551.15 K
Siedepunkt	3243,15 K
Molvolumen	4.85 ×10-6 m3/mol
Verdampfungswärme	292,40 kJ/mol
Schmelzwärme	12.20 kJ/mol
Dampfdruck	4180 Pa
Schallgeschwindigkeit	13000 m/s
Sonstiges
Elektronengativität	1.57 (Pauling-Skala)
Spezifische Wärmekapazität	1825 J/kg*K
Elektrische Leitfähigkeit	31.3 106/m ohm
Wärmeleitfähigkeit	201 W/m*K
1. Ionisierungspotential	899.5 kJ/mol
2. Ionisierungspotential	1757.1 kJ/mol
3. Ionisierungspotential	14848,7 kJ/mol
Si-Einheiten & STP werden verwendet, sofern nicht anders angegeben.

Beryllium hat einen der höchsten Schmelzpunkte der Leichtmetalle. Der Elastizitätsmodul von Beryllium ist etwa 1/3 größer als der von Stahl. Es hat eine ausgezeichnete Wärmeleitfähigkeit, ist nicht magnetisch und widersteht dem Angriff von konzentrierter Salpetersäure. Es ist sehr durchlässig für Röntgenstrahlen und setzt Neutronen frei, wenn es von Alphateilchen wie Radium oder Polonium getroffen wird (etwa 30 Neutronen/Million Alphateilchen). Bei Standardtemperaturen und -drücken ist Beryllium oxidationsbeständig, wenn es der Luft ausgesetzt wird (obwohl seine Fähigkeit, Glas zu zerkratzen, wahrscheinlich auf die Bildung einer dünnen Oxidschicht zurückzuführen ist).

Anwendungen

• Beryllium wird als Legierungsmittel bei der Herstellung von Berylliumkupfer verwendet. (Beryllium-Kupfer-Legierungen werden aufgrund ihrer elektrischen und thermischen Leitfähigkeit, ihrer hohen Festigkeit und Härte, ihrer nichtmagnetischen Eigenschaften sowie ihrer guten Korrosions- und Ermüdungsbeständigkeit in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Diese Anwendungen umfassen die Herstellung von: Punktschweißelektroden, Federn, funkenfreien Werkzeugen und elektrischen Kontakten.
• Aufgrund ihrer Steifigkeit, ihres geringen Gewichts und ihrer Dimensionsstabilität über einen weiten Temperaturbereich werden reine Berylliumgüten und Aluminium-Beryllium-Metallmatrix-Verbundwerkstoffe auch in der Verteidigungs- und Raumfahrtindustrie als leichte Strukturwerkstoffe in Hochgeschwindigkeitsflugzeugen, Raketen, Raumfahrzeugen und Kommunikationssatelliten eingesetzt.
• Dünne Berylliumfolien werden in der Röntgendiagnostik eingesetzt, um sichtbares Licht herauszufiltern und nur Röntgenstrahlen zu erkennen.
• Im Bereich der Röntgenlithographie wird Beryllium für die Reproduktion mikroskopisch kleiner integrierter Schaltkreise verwendet.
• Da es einen geringen thermischen Neutronenabsorptionsquerschnitt hat, verwendet die Kernkraftindustrie dieses Metall in Kernreaktoren als Neutronenreflektor und -moderator.
• Beryllium wird auch bei der Herstellung von Kreiseln, verschiedenen Computergeräten, Uhrenfedern und Instrumenten verwendet, bei denen geringes Gewicht, Steifigkeit und Formstabilität erforderlich sind.
• Berylliumoxid eignet sich für viele Anwendungen, die einen ausgezeichneten Wärmeleiter mit hoher Festigkeit und Härte sowie einen sehr hohen Schmelzpunkt erfordern und als elektrischer Isolator wirken.
• Berylliumverbindungen wurden früher in Leuchtstoffröhren verwendet, aber diese Verwendung wurde aufgrund von Berylliose bei den Arbeitern, die die Röhren herstellten, eingestellt (siehe unten).

Geschichte

Der Name Beryllium stammt vom griechischen beryllos, Beryll. Früher wurde Beryllium wegen des süßen Geschmacks seiner Salze auch als Glucinium (von griechisch glykys, süß) bezeichnet. Das Element wurde 1798 von Louis Vauquelin als Oxid im Beryll und in Smaragden entdeckt. Friedrich Wöhler und A. A. Bussy isolierten das Metall 1828 unabhängig voneinander durch Reaktion von Kalium auf Berylliumchlorid.

Vorkommen

Beryllium kommt in 30 verschiedenen Mineralien vor, von denen die wichtigsten Bertrandit, Beryll, Chrysoberyll und Phenazit sind. Edle Formen des Berylls sind Aquamarin und Smaragd. Die wichtigsten kommerziellen Quellen für Beryllium und seine Verbindungen sind Beryll und Bertrandit. Derzeit erfolgt die Herstellung dieses Metalls hauptsächlich durch Reduktion von Berylliumfluorid mit Magnesiummetall. Berylliummetall wurde erst 1957 verfügbar.

Isolation

Isotope

Beryllium hat nur ein stabiles Isotop, Be-9. Kosmogenes Beryllium (Be-10) wird in der Atmosphäre durch Spallation von Sauerstoff und Stickstoff durch kosmische Strahlung erzeugt. Da Beryllium dazu neigt, bei einem pH-Wert von weniger als 5,5 in Lösung zu gehen (und das meiste Regenwasser hat einen pH-Wert von weniger als 5), geht es in Lösung und wird über das Regenwasser auf die Erdoberfläche transportiert. Da der Niederschlag schnell alkalischer wird, fällt das Be aus der Lösung heraus. Kosmogenes Be-10 sammelt sich dadurch an der Bodenoberfläche an, wo seine relativ lange Halbwertszeit (1,5 Millionen Jahre) eine lange Verweildauer ermöglicht, bevor es zu B-10 (Bor) zerfällt. Be-10 und seine Tochterprodukte wurden verwendet, um die Bodenerosion, die Bodenbildung aus Regolith, die Entwicklung lateritischer Böden sowie Schwankungen der Sonnenaktivität und das Alter von Eiskernen zu untersuchen.

Die Tatsache, dass Be-7 und Be-8 instabil sind, hat tiefgreifende kosmologische Konsequenzen, da dies bedeutet, dass Elemente, die schwerer als Beryllium sind, nicht durch Kernfusion im Urknall erzeugt werden konnten. Darüber hinaus sind die Kernenergieniveaus von Beryllium-8 so beschaffen, dass Kohlenstoff in Sternen erzeugt werden kann, wodurch Leben möglich wird. (Siehe Triple-Alpha-Prozess und Urknall-Nukleosynthese).

Vorsichtsmaßnahmen

Beryllium und seine Salze sind giftige Substanzen und möglicherweise krebserregend. Die chronische Berylliose ist eine granulomatöse Lungen- und Systemerkrankung, die durch Berylliumexposition verursacht wird. Die akute Berylliumkrankheit in Form einer chemischen Pneumonitis wurde erstmals 1933 in Europa und 1943 in den Vereinigten Staaten gemeldet. Fälle von chronischer Berylliose wurden erstmals 1946 bei Arbeitern in Betrieben zur Herstellung von Leuchtstofflampen in Massachusetts beschrieben. Die chronische Berylliose ähnelt in vielerlei Hinsicht der Sarkoidose, und die Differentialdiagnose ist oft schwierig.

Obwohl die Verwendung von Berylliumverbindungen in Leuchtstoffröhren 1949 eingestellt wurde, besteht in der Atom- und Raumfahrtindustrie sowie bei der Raffination von Berylliummetall und dem Schmelzen berylliumhaltiger Legierungen, der Herstellung elektronischer Geräte und dem Umgang mit anderen berylliumhaltigen Materialien die Möglichkeit einer Exposition gegenüber Beryllium.

Frühe Forscher verkosteten Beryllium und seine verschiedenen Verbindungen auf ihre Süße, um ihr Vorhandensein nachzuweisen. Moderne Diagnosegeräte machen dieses hochriskante Verfahren nicht mehr erforderlich, und es sollte nicht versucht werden, diese Substanz einzunehmen. Beryllium und seine Verbindungen sollten mit großer Vorsicht gehandhabt werden, und es müssen besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, wenn Tätigkeiten ausgeführt werden, die zur Freisetzung von Berylliumstaub führen könnten (Lungenkrebs ist eine mögliche Folge einer längeren Exposition gegenüber berylliumhaltigem Staub).

Dieser Stoff kann sicher gehandhabt werden, wenn bestimmte Verfahren eingehalten werden. Es sollte nicht versucht werden, mit Beryllium zu arbeiten, bevor man sich mit den korrekten Handhabungsverfahren vertraut gemacht hat.

Gesundheitliche Auswirkungen

Beryllium kann schädlich sein, wenn man es einatmet. Die Auswirkungen hängen davon ab, wie viel und wie lange Sie dem Stoff ausgesetzt sind. Wenn die Berylliumkonzentration in der Luft hoch genug ist (mehr als 1000 ¼g/m³), kann es zu einer akuten Erkrankung kommen. Dieser Zustand ähnelt einer Lungenentzündung und wird als akute Berylliumkrankheit bezeichnet. Die Normen für die Luft am Arbeitsplatz und in der Gemeinde sind wirksam, um die meisten akuten Lungenschäden zu verhindern.

Einige Menschen (1-15%) reagieren empfindlich auf Beryllium. Diese Personen können eine entzündliche Reaktion im Atmungssystem entwickeln. Dieser Zustand wird als chronische Berylliumkrankheit (CBD) bezeichnet und kann viele Jahre nach der Exposition gegenüber höheren als den normalen Berylliumwerten (mehr als 0,2 ¼g/m³) auftreten. Diese Krankheit kann dazu führen, dass man sich schwach und müde fühlt und Schwierigkeiten beim Atmen hat. Sie kann auch zu Appetitlosigkeit und Gewichtsverlust führen und in fortgeschrittenen Fällen eine Vergrößerung der rechten Herzhälfte und eine Herzerkrankung zur Folge haben. Manche Menschen, die für Beryllium sensibilisiert sind, haben möglicherweise keine Symptome. In der allgemeinen Bevölkerung ist es unwahrscheinlich, dass eine akute oder chronische Berylliumerkrankung auftritt, da die Berylliumkonzentration in der Luft normalerweise sehr niedrig ist (0,00003-0,0002 ¼g/m³).

Es wurde nicht berichtet, dass das Verschlucken von Beryllium beim Menschen Auswirkungen hat, da nur sehr wenig Beryllium vom Magen und Darm aufgenommen wird. Bei Hunden, die Beryllium mit der Nahrung aufgenommen haben, wurden Geschwüre beobachtet. Berylliumkontakt mit Haut, die abgeschabt oder geschnitten wurde, kann zu Ausschlägen oder Geschwüren führen.

Langfristige Exposition gegenüber Beryllium kann das Risiko der Entwicklung von Lungenkrebs bei Menschen erhöhen.

Das United States Department of Health and Human Services (DHHS) und die International Agency for Research on Cancer (IARC) haben festgestellt, dass Beryllium ein menschliches Karzinogen ist. Die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) hat festgestellt, dass Beryllium ein wahrscheinliches Karzinogen für den Menschen ist. Die EPA schätzt, dass bei einer lebenslangen Exposition gegenüber 0,04 ¼g/m³ Beryllium die Wahrscheinlichkeit, an Krebs zu erkranken, bei eins zu tausend liegt.

Es gibt keine Studien über die gesundheitlichen Auswirkungen von Beryllium auf Kinder. Es ist wahrscheinlich, dass die gesundheitlichen Auswirkungen bei Kindern, die Beryllium ausgesetzt sind, den Auswirkungen bei Erwachsenen ähnlich sind. Wir wissen nicht, ob sich Kinder in ihrer Anfälligkeit für Beryllium von Erwachsenen unterscheiden.

Wir wissen nicht, ob die Exposition gegenüber Beryllium zu Geburtsfehlern oder anderen Entwicklungsstörungen beim Menschen führt. Die Studien über die Auswirkungen auf die Entwicklung bei Tieren sind nicht schlüssig.

Beryllium kann im Urin und im Blut gemessen werden. Die Berylliummenge im Blut oder Urin sagt nicht unbedingt etwas darüber aus, wie viel oder wie lange Sie ausgesetzt waren. Der Berylliumgehalt kann auch in Lungen- und Hautproben gemessen werden. Diese Tests sind in der Regel nicht in Ihrer Arztpraxis verfügbar, aber Ihr Arzt kann die Proben an ein Labor schicken, das diese Tests durchführen kann.

Ein weiterer Bluttest, der Blut-Beryllium-Lymphozyten-Proliferationstest (BeLPT), identifiziert eine Beryllium-Sensibilisierung und hat einen prädiktiven Wert für CBD.

Typische Berylliumwerte, die von der Industrie in die Luft freigesetzt werden können, liegen in der Größenordnung von 0,01 ¼g/m³, gemittelt über einen Zeitraum von 30 Tagen, oder 2 ¼g/m³ der Luft im Arbeitsraum während einer 8-Stunden-Arbeitsschicht.