Beryllium (Z=4): ein seltenes Metall mit außergewöhnlichen Eigenschaften

Entdeckung und Ursprung

DERBeryllium(Symbol Be, Ordnungszahl 4) wurde 1798 vom französischen Chemiker Louis-Nicolas Vauquelin im Mineral Beryll identifiziert. Im Jahr 1828 isolierten Friedrich Wöhler und Antoine Bussy unabhängig voneinander das reine Metall durch Reduktion von Berylliumchlorid mit Kalium. Der Name stammt aus dem GriechischenBeryllos, bezeichnet grünen Beryll (Smaragdsorte).

Beitrag von Beryllium zu lebenswichtigen Prozessen

Beryllium ist kein essentielles Spurenelement für lebende Organismen. Es ist an keinem bekannten biologischen Prozess beteiligt und kann sogar toxisch sein. Sein Vorkommen in biologischen Geweben ist im Allgemeinen auf Umwelteinflüsse oder industrielle Belastungen zurückzuführen. Folge der Exposition: verschiedene toxische Wirkungen, darunter Lungenentzündung, Leberschädigung und Enzymhemmung. Keine wichtige Rolle erkannt.

Atombau

Verfassung:4 Protonen, 4 Neutronen (stabiles Isotop), 4 Elektronen verteilt auf zwei elektronische Schichten (1s² 2s²).
Isotope:

• ⁹Sei: stabiles Isotop (100 %, Spin 3/2), Kernstruktur, die in der NMR-Spektroskopie verwendet wird.
• ¹⁰Sei: kosmogenes radioaktives Isotop (T₁/₂ ​​​​≈ 1,39 Millionen Jahre), geochemischer und atmosphärischer Tracer.

Physikalische Eigenschaften

• Stahlgraues Metall, starr, spröde bei Raumtemperatur.
• Molmasse: 9.012 g/mol
• Schmelzpunkt: 1560 K (1287 °C)
• Siedepunkt: 2744 K (2471 °C)
• Dichte: 1.848 g/cm³ (sehr niedrig für ein Metall).
• Kristallstruktur: hexagonal dicht gepackt (hcp).
• Geringe Röntgenabsorption, starke Wärmeleitfähigkeit.

Chemische Reaktivität

• Oxidationsbeständig bei Raumtemperatur, Bildung einer dünnen Schicht passivierenden Oxids (BeO).
• Reagiert langsam mit heißem Wasser, schneller mit Säuren (HCl, H₂SO₄).
• Form ionischer und kovalenter Verbindungen: Beryllate, Organoberyllium usw.
• Amphorisch: Weist sowohl saure als auch basische Eigenschaften auf.

Industrielle und technologische Anwendungen

• Bauteil aus Hochleistungslegierungen (Beryllium-Kupfer): Federn, elektrische Kontakte, funkenfreie Werkzeuge.
• Strukturmaterial in der Luftfahrt, Raumfahrt und Verteidigung aufgrund seiner Leichtigkeit und Steifigkeit.
• Röntgenröhrenfenster, röntgen- und neutronentransparente Komponenten.
• Moderator und Reflektor in Kernreaktoren (hohe Neutronenstreuleistung).
• Wird aufgrund seiner Dimensionsstabilität in der Präzisionsoptik (Teleskope, Satelliten) eingesetzt.

Rolle in der Astrophysik und Nukleosynthese

• Entsteht durch kosmische Spallation von Kohlenstoff- und Sauerstoffkernen in der Atmosphäre oder im interstellaren Medium.
• Fehlt in Sternfusionsprodukten aufgrund seiner nuklearen Instabilität im Triple-Alpha-Zyklus.
• Präsenz in bestimmten Sternen als Indikator vergangener kosmischer Aktivität nachgewiesen (¹⁰Be-Isotop).

Grundlegende körperliche Probleme

• Besteht aus leichten und starren Kernen und wird zur Untersuchung starker Kernwechselwirkungen verwendet.
• Sein stabiles Isotop ⁹Be ermöglicht Diffusionsexperimente und nukleare Modellversuche.
• Geringe Absorption von Alphateilchen, nützlich in der Detektorphysik.
• Wird als Target in Neutronengeneratoren verwendet (Be + α → C + n).