Vier neue Elemente zum Periodensystem hinzugefügt

Die ausgefüllte siebte Reihe im Periodensystem. Bildnachweis: Wikimedia Commons

Die ausgefüllte siebte Reihe im Periodensystem. Bildnachweis: Wikimedia Commons


VonDavid Hinde,Australische Nationaluniversität

In einem Ereignis, das sich wahrscheinlich nie wiederholen wird, gab es letzte Woche vier neue superschwere Elementegleichzeitigzum Periodensystem hinzugefügt. Vier auf einmal hinzuzufügen ist eine ziemliche Leistung, aber das Rennen um mehr ist im Gange.


Bereits 2012 haben die International Unions of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) und Reine und Angewandte Physik (IUPAP) beauftragte fünf unabhängige Wissenschaftler, Behauptungen über die Entdeckung der Elemente 113, 115, 117 und 118 zu bewerten. Die Messungen wurden zwischen 2004 und 2012 in den Laboratorien des Nuclear Physics Accelerator in Russland (Dubna) und Japan (RIKEN) durchgeführt.

Ende letzten Jahres, am 30. Dezember 2015, IUPACangekündigtdas behauptet die Entdeckung vonalle vierneue Elemente wurden akzeptiert.

Damit ist die siebte Reihe des Periodensystems abgeschlossen und alle Elemente zwischen Wasserstoff (mit nur einem Proton im Kern) und Element 118 (mit 118 Protonen) sind nun offiziell entdeckt.

Nach der Aufregung über die Entdeckung haben die Wissenschaftler nun die Namensrechte. Das japanische Team wird den Namen für Element 113 vorschlagen. Die gemeinsamen russisch-amerikanischen Teams werden Vorschläge für die Elemente 115, 117 und 118 machen. Diese Namen werden von der IUPAC bewertet und nach der Genehmigung zu den neuen Namen für Wissenschaftler und Studenten muss sich erinnern.




Bis zu ihrer Entdeckung und Benennung wurden allen superschweren Elementen (bis zu 999!) von der IUPAC temporäre Namen zugewiesen. Element 113 ist als Ununtrium (Uut) bekannt, 115 ist Ununpentium (Uup), 117 ist Ununseptium (Uus) und 118 Ununoctium (Uuo). Diese Namen werden von Physikern nicht verwendet, sondern beispielsweise als „Element 118“ bezeichnet.

Die superschweren Elemente

Elemente, die schwerer als Rutherfordium (Element 104) sind, werden als superschwer bezeichnet. Sie kommen in der Natur nicht vor, da sie radioaktiv zu leichteren Elementen zerfallen.

Die künstlich erzeugten superschweren Kerne haben Zerfallslebensdauern zwischen Nanosekunden und Minuten. Es wird jedoch erwartet, dass sich langlebigere (neutronenreichere) superschwere Kerne im Zentrum des sogenannten „Insel der Stabilität“, ein Ort, an dem neutronenreiche Kerne mit extrem langen Halbwertszeiten existieren sollten.


Derzeit befinden sich die Isotope neuer entdeckter Elemente am „Ufer“ dieser Insel, da wir das Zentrum noch nicht erreichen können.


Wie wurden diese neuen Elemente auf der Erde geschaffen?

Atome superschwerer Elemente werden durch Kernfusion hergestellt. Stellen Sie sich vor, Sie berühren zwei Wassertropfen – sie werden aufgrund der Oberflächenspannung „zusammenschnappen“, um einen kombinierten größeren Tropfen zu bilden.

Das Problem bei der Fusion schwerer Kerne ist die große Anzahl von Protonen in beiden Kernen. Dadurch entsteht ein starkes abstoßendes elektrisches Feld. Um diese Abstoßung zu überwinden, muss ein Schwerionenbeschleuniger verwendet werden, indem die beiden Kerne kollidieren und sich die Kernoberflächen berühren lassen.


Dies reicht nicht aus, da die beiden sich berührenden Kugelkerne ihre Form ändern müssen, um ein kompaktes einzelnes Tröpfchen aus Kernmaterie zu bilden – den superschweren Kern.

Es stellt sich heraus, dass dies nur bei wenigen „glücklichen“ Kollisionen passiert, nur bei einer von einer Million.

Es gibt noch eine weitere Hürde; der superschwere Kern wird sehr wahrscheinlich fast sofort durch Spaltung zerfallen. Auch hier überlebt nur eines von einer Million, um ein superschweres Atom zu werden, das durch seinen einzigartigen radioaktiven Zerfall identifiziert wird.

Der Prozess der Erzeugung und Identifizierung superschwerer Elemente erfordert daher groß angelegte Beschleunigeranlagen, ausgeklügelte Magnetabscheider, effiziente Detektoren undZeit.

Die Suche nach den drei Atomen des Elements 113 in Japan dauerte 10 Jahre, und das warnachdie Versuchsausrüstung war entwickelt.

Die Entdeckung dieser neuen Elemente zahlt sich aus in der Verbesserung von Atomkernmodellen (mit Anwendungen in der Nuklearmedizin und der Elementbildung im Universum) und der Prüfung unseres Verständnisses atomarrelativistischer Effekte (von zunehmender Bedeutung für die chemischen Eigenschaften der schweren Elemente). Es hilft auch, unser Verständnis komplexer und irreversibler Wechselwirkungen von Quantensystemen im Allgemeinen zu verbessern.

Das Rennen um mehr Elemente

Nun geht es um die Produktion der Elemente 119 und 120. Der Projektilkern Calcium-48 (Ca-48) – erfolgreich genutzt, um die neu akzeptierten Elemente zu bilden – hat zu wenige Protonen, und es sind derzeit keine Zielkerne mit mehr Protonen verfügbar. Die Frage ist, welcher schwerere Projektilkern am besten zu verwenden ist.

Um dies zu untersuchen, reisten Leiter und Teammitglieder der deutschen Forschungsgruppe für superschwere Elemente mit Sitz in Darmstadt und Mainz kürzlich an die Australian National University.

Sie nutzten einzigartige ANUexperimentelle Möglichkeiten, unterstützt von der australischen RegierungNCRIS-Programm, um die Spaltungseigenschaften für mehrere Kernreaktionen zu messen, die das Element 120 bilden. Die Ergebnisse werden zukünftige Experimente inDeutschlandum die neuen superschweren Elemente zu bilden.

Es scheint sicher, dass es mit ähnlichen Kernfusionsreaktionen schwieriger sein wird, über Element 118 hinauszugehen, als es zu erreichen. Aber das war das Gefühl nach der Entdeckung des Elements 112, das erstmals 1996 beobachtet wurde. Und doch ermöglichte ein neuer Ansatz mit Ca-48-Projektilen die Entdeckung weiterer sechs Elemente.

Kernphysiker erforschen bereits verschiedene Arten von Kernreaktionen, um Superschwere herzustellen, und einige vielversprechende Ergebnisse wurden bereits erzielt. Nichtsdestotrotz bräuchte es einen großen Durchbruch, um vier neue Kerne gleichzeitig in das Periodensystem aufzunehmen, wie wir gerade gesehen haben.

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Die Unterhaltung

David Hinde, Direktor, Einrichtung für Schwerionenbeschleuniger,Australische Nationaluniversität

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