Smaragd und Beryllium

Das Foto zeigt einen trüben und dadurch nicht schleifwürdigen Smaragd. Smaragd ist die grüne Varietät des Minerals Beryll. Dieses gehört zu den Erzen, aus denen das Metall Beryllium gewonnen werden kann. Es ist das vierte Element im Periodensystem und das zweitleichteste Metall, leichter als Magnesium oder Aluminium. Beryllium findet oft besondere und ungewöhnliche Verwendung. Beispielsweise sind aus diesem Metall die achtzehn Segmente des Hauptspiegels des James-Webb-Teleskop angefertigt. 

Beryllium hat außergewöhnliche Eigenschaften und ist ein wahres Traummetall insbesondere für Raumfahrtingenieure. Mit einer Dichte von 1,85 g/cm³ ist es deutlich leichter als Aluminium, mit dem E-Modul von 303 GPa ist es deutlich steifer als Stahl. Beryllium hat eine außerordentlich niedrige Poissonzahl, weist also im Zugversuch eine sehr geringe Querkontraktion auf. Das bedeutet, dass eine Berylliumzugprobe im einachsigen Zugversuch kaum einschnürt, und so bleibt ihr Querschnitt fast unverändert.
Beryllium besitzt für ein Leichtmetall einen bemerkenswert hohen Schmelzpunkt von 1280°C. Die molare Wärmekapazität von Beryllium ist jedoch deutlich kleiner als die der meisten anderen Metalle. So verändern sich Bauteile aus Beryllium mit abnehmender Temperatur nur minimal. Das ist sehr wichtig, da das James-Webb-Teleskop gerade bei sehr tiefen Temperaturen zuverlässig arbeiten muss. Auch die sehr hohe Schwingungsdämpfung von Beryllium ist bei dieser Anwendung vorteilhaft.
Leider ist Beryllium sehr teuer, sehr schwierig zu bearbeiten und obendrein noch giftig in Form von Staub oder Ionen. Dennoch machen seine hervorragenden mechanischen und thermischen Eigenschaften es für die Spiegel des James-Webb-Teleskops, die ihre Mikrometer-Toleranzen auch im Weltall erfüllen müssen, zum Material der Wahl. Die Beryllium-Segmente des Hauptspiegels wurden mit Gold beschichtet, da es sehr gut infrarotes Licht reflektiert. Jeder der Segmente lässt sich mittels jeweils sechs hochpräziser Stellschrauben auf zehn Nanometer genau in alle Richtungen kippen. so erfolgt die Feinabstimmung des Hauptspiegels. 
Das seltene Element Beryllium kommt in einer Reihe verschiedener Mineralien vor. Die mengenmäßig wichtigsten sind Bertrandit und eben der genannte Beryll. Beide gehören zur Gruppe der Silikate. Wie bereits erwähnt, ist Smaragd eine grüne Varietät von Beryll. Und Beryll ist eines der Erzmineralien aus denen Beryllium gewonnen wird. Natürlich nicht aus dem wertvollen Smaragd sondern aus dem sogenannten gemeinen trüben Beryll, der oft in fast allen Ländern der Welt vorkommt. Die meisten der bekannten Berylle werden jedoch aufgrund des dafür erforderlichen und unwirtschaftlichen Aufwandes nicht als Erz abgebaut. Etwa 80% des weltweit verwendeten Berylliums wird in den USA erzeugt. Dementsprechend ist die Bedeutung der amerikanischen Lagerstätten von Beryll groß.
Der Name des Metalls stammt einfach vom Namen des Minerals Beryll. Allerdings verliert sich die Bedeutung des Mineral-Namens im Dunkel der Geschichte. Interessanterweise soll auch das Wort „Brille“ vom Wort „Beryll“ abgeleitet worden sein.
Im Sonnensystem stellt Beryllium unter den Elementen, die leichter als Eisen sind, das seltenste dar. In der Erdkruste steht es mit einem Massenanteil von 5,3 ppm an der 48. Stelle der Elementhäufigkeit.
Die Herstellung von metallischem Beryllium ist aufwendig. Es kann durch Schmelzelektrolyse seiner Halogenide oder durch Erhitzen von Berylliumfluorid mit Calcium im Vakuum gewonnen werden.
Trotz seiner herausragenden Eigenschaften findet Beryllium wegen des hohen Preises und der Gesundheitsgefährdung keine breite Verwendung. Zu den Haupteinsatzgebieten gehört eben die Raumfahrtindustrie, wo gute Festigkeit bei geringem Gewicht begehrt ist, die Materialkosten keine Rolle spielen und der Einsatz giftiger Stoffe das letzte ist, worüber man sich Gedanken macht.
Übrigens: Der abgebildete Smaragd wurde in Kolumbien gefunden und das Photo wurde im Deutschen Edelsteinmuseum in Idar-Oberstein aufgenommen.<<