Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Erstes Ionisationspotenzial von Lawrencium gemessen

09.04.2015

Messung bestätigt Position von Lawrencium als letztes Mitglied der Actinoiden und untermauert Architektur des Periodensystems

Mit einer neuartigen Kombination weiterentwickelter Techniken ist es einer internationalen Forscherkollaboration gelungen, das erste Ionisationspotenzial von Lawrencium zu messen. Bei Lawrencium – Element 103 – handelt es sich um ein radioaktives Element, das nur künstlich hergestellt werden kann.


Periodensystem der Elemente mit Lanthanoiden (Ln) und Actinoiden (An). Die Höhe der Säulen spiegelt die Energie des ersten Ionisationspotenzials wider. Das Ergebnis für Lawrencium (Lr) in der erstmaligen Messung ist rot dargestellt. Die Bindung des am schwächsten gebundenen Valenzelektrons in Lawrencium ist kleiner als in allen anderen Actinoiden und in allen Lanthanoiden.

Abb.: Kazuaki Tsukada, JAEA

Es ist das schwerste Element der Actinoiden, zu denen 15 Elemente mit ähnlichen Eigenschaften gehören, darunter auch Uran und Plutonium. Unter der Leitung von Wissenschaftlern der Japan Atomic Energy Agency (JAEA) in Tokai hat das Forscherteam das erste Ionisationspotenzial von Lawrencium mit 4,96 Elektronenvolt bestimmt.

Das erste Ionisationspotenzial gibt an, welche Energie nötig ist, um das am schwächsten gebundene Elektron aus einem neutralen Atom zu entfernen. "Wir zeigen, dass die Energie zum Ablösen des äußersten Elektrons bei Lawrencium wie erwartet am geringsten von allen Actinoiden ist", erklärt Univ.-Prof. Dr. Christoph Düllmann von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU).

Dies bestätigt die Position von Lawrencium als letztes Mitglied in der Reihe der Actinoiden und untermauert die Architektur des Periodensystems der Elemente.

Die chemischen Eigenschaften eines Elements hängen hauptsächlich von der Elektronenkonfiguration in der äußersten besetzten Schale ab. Effekte der Speziellen Relativitätstheorie beeinflussen die Elektronenstruktur bei den Elementen am Ende des Periodensystems sehr stark, was sich in vielen Fällen direkt auf die chemischen Eigenschaften auswirkt. Das Studium dieses Einflusses ist ein Hauptziel chemischer und atomphysikalischer Experimente mit diesen Elementen.

Das Element mit Ordnungszahl 103, Lawrencium, hat seit der Einführung des "Actinoidenkonzepts" – die dramatischste Revision in der jüngeren Geschichte des Periodensystems durch Glenn T. Seaborg in den 1940er-Jahren – eine äußerst wichtige Rolle als letztes Mitglied der Actinoiden gespielt.

Diese spezielle Stellung hat das Element in den Fokus von Untersuchungen gerückt, um einerseits den Einfluss relativistischer Effekte zu bestimmen und andererseits die Eigenschaften zu ermitteln, die seine Stellung als tatsächlich letztes Element der Actinoiden bestätigen. Dabei wurde erwartet, dass Lawrencium, analog zu Lutetium als letztem Element der Lanthanoiden, ein sehr niedriges Ionisationspotenzial besitzt, das stark durch relativistische Effekte beeinflusst ist. Der Nachweis ist jedoch außerordentlich kompliziert.

Lawrencium kann nur in Form einzelner Atome an Schwerionenbeschleunigern produziert werden. Als Erschwernis für Experimente kommt hinzu, dass alle bekannten Isotope kurzlebig sind. Deshalb gibt es nur wenige experimentelle Studien und die Untersuchungen beschränken sich bislang auf einige ausgewählte chemische Eigenschaften.

Für das jetzt am JAEA-Tandembeschleuniger durchgeführte Experiment haben die beteiligten Kernchemiker eine neue Kombination weiterentwickelter Methoden und Techniken ausgenutzt, die erstmals eine Messung des ersten Ionisationspotenzials von Lawrencium ermöglichte.

Hierzu hat das Institut für Kernchemie der Johannes Gutenberg-Universität Mainz exotisches Californium-Targetmaterial (Element 98) aufgereinigt und bereitgestellt. Das Material wurde in Japan zu einem Target verarbeitet und dann mit einem Bor-Ionenstrahl (Element 5) bestrahlt.

In Ergänzung zu dem Experiment wurden unter der Leitung einer Wissenschaftlerin des Helmholtz-Instituts Mainz (HIM) in Zusammenarbeit mit Partnern der Tel Aviv University, Israel, theoretische Rechnungen mit den aktuellsten quantenchemischen Methoden zum Wert des Ionisationspotenzials durchgeführt. Die sehr gute Übereinstimmung zwischen dem berechneten und gemessenen Resultat bestätigt diese Berechnungen.

"Unsere experimentelle Technik eröffnet neue Perspektiven für ähnliche Untersuchungen noch exotischerer, superschwerer Elemente", so die Erwartungen der Wissenschaftler. An der Untersuchung beteiligt waren die JAEA, das Institut für Kernchemie der JGU, das HIM, das GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt, CERN in Genf, Schweiz, die japanischen Universitäten Ibaraki, Niigata und Hiroshima, die Massey University in Auckland, Neuseeland, und die Tel Aviv University, Israel. Die neuen Resultate wurden im Wissenschaftsjournal NATURE publiziert.

Veröffentlichung:
Tetsuya K. Sato et al.
Measurement of the first ionization potential of lawrencium, element 103
NATURE 520, 209-211, 9. April 2015
DOI: 10.1038/nature14342
http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/nature14342.html

Abbildungen/Fotos:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_kernchemie_lawrencium_01.jpg
Periodensystem der Elemente mit Lanthanoiden (Ln) und Actinoiden (An). Die Höhe der Säulen spiegelt die Energie des ersten Ionisationspotenzials wider. Das Ergebnis für Lawrencium (Lr) in der erstmaligen Messung ist rot dargestellt. Die Bindung des am schwächsten gebundenen Valenzelektrons in Lawrencium ist kleiner als in allen anderen Actinoiden und in allen Lanthanoiden.
Abb.: Kazuaki Tsukada, JAEA

http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_kernchemie_lawrencium_02.jpg
Ionisationspotenzial von schweren Lanthanoiden (schwarz) und Actinoiden (rot) mit dem aktuellen Ergebnis für Lawrencium (Lr). Symbole mit vollem Kreis geben jeweils experimentelle Werte an, Ringsymbole den geschätzten Wert. Die beiden Werte für Lawrencium zeigen die hervorragende Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment.
Abb.: Tetsuya K. Sato, JAEA

http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_kernchemie_lawrencium_03.jpg
Die Ionisationskavität mit dem von zwei Heizfilamenten umwickelten grauen Tantalröhrchen in der Bildmitte gehört zu der neu entwickelten Oberflächen-Ionenquelle, die im JAEA-ISOL-System am JAEA-Tandembeschleuniger installiert ist.
Foto: Tetsuya K. Sato, JAEA

Weitere Informationen:
Univ.-Prof. Dr. Christoph Düllmann
Institut für Kernchemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU)
55099 Mainz
Tel. 06131 39-25852
Fax 06131 39-20811
E-Mail: duellmann@uni-mainz.de
http://www.kernchemie.uni-mainz.de

Weitere Informationen:

http://www.nature.com/news/exotic-atom-struggles-to-find-its-place-in-the-period... – NATURE-Artikel "Exotic atom struggles to find its place in the periodic table" zur Veröffentlichung

http://www.nature.com/nature/journal/v520/n7546/full/520166a.html – Begleitartikel "Nuclear chemistry: Lawrencium bridges a knowledge gap" in NATURE

http://www.superheavies.de/deutsch/willkommen.htm – Superschwere Elemente SHE Chemie

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wegbereiter für Vitamin A in Reis
21.07.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Pharmakologie - Im Strom der Bläschen
21.07.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Einblicke unter die Oberfläche des Mars

Die Region erstreckt sich über gut 1000 Kilometer entlang des Äquators des Mars. Sie heißt Medusae Fossae Formation und über ihren Ursprung ist bislang wenig bekannt. Der Geologe Prof. Dr. Angelo Pio Rossi von der Jacobs University hat gemeinsam mit Dr. Roberto Orosei vom Nationalen Italienischen Institut für Astrophysik in Bologna und weiteren Wissenschaftlern einen Teilbereich dieses Gebietes, genannt Lucus Planum, näher unter die Lupe genommen – mithilfe von Radarfernerkundung.

Wie bei einem Röntgenbild dringen die Strahlen einige Kilometer tief in die Oberfläche des Planeten ein und liefern Informationen über die Struktur, die...

Im Focus: Molekulares Lego

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Eine bestimmte Klasse von Polymeren besitzt faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an...

Im Focus: Das Universum in einem Kristall

Dresdener Forscher haben in Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen unerwarteten experimentellen Zugang zu einem Problem der Allgemeinen Realitätstheorie gefunden. Im Fachmagazin Nature berichten sie, dass es ihnen in neuartigen Materialien und mit Hilfe von thermoelektrischen Messungen gelungen ist, die Schwerkraft-Quantenanomalie nachzuweisen. Erstmals konnten so Quantenanomalien in simulierten Schwerfeldern an einem realen Kristall untersucht werden.

In der Physik spielen Messgrößen wie Energie, Impuls oder elektrische Ladung, welche ihre Erscheinungsform zwar ändern können, aber niemals verloren gehen oder...

Im Focus: Manipulation des Elektronenspins ohne Informationsverlust

Physiker haben eine neue Technik entwickelt, um auf einem Chip den Elektronenspin mit elektrischen Spannungen zu steuern. Mit der neu entwickelten Methode kann der Zerfall des Spins unterdrückt, die enthaltene Information erhalten und über vergleichsweise grosse Distanzen übermittelt werden. Das zeigt ein Team des Departement Physik der Universität Basel und des Swiss Nanoscience Instituts in einer Veröffentlichung in Physical Review X.

Seit einigen Jahren wird weltweit untersucht, wie sich der Spin des Elektrons zur Speicherung und Übertragung von Information nutzen lässt. Der Spin jedes...

Im Focus: Manipulating Electron Spins Without Loss of Information

Physicists have developed a new technique that uses electrical voltages to control the electron spin on a chip. The newly-developed method provides protection from spin decay, meaning that the contained information can be maintained and transmitted over comparatively large distances, as has been demonstrated by a team from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute. The results have been published in Physical Review X.

For several years, researchers have been trying to use the spin of an electron to store and transmit information. The spin of each electron is always coupled...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungen

Den Nachhaltigkeitskreis schließen: Lebensmittelschutz durch biobasierte Materialien

21.07.2017 | Veranstaltungen

Operatortheorie im Fokus

20.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Einblicke unter die Oberfläche des Mars

21.07.2017 | Geowissenschaften

Wegbereiter für Vitamin A in Reis

21.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Den Geheimnissen der Schwarzen Löcher auf der Spur

21.07.2017 | Veranstaltungsnachrichten