Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ordnung im Periodensystem – Ionisierungsenergien bestätigt Actinoiden-Serienende bei Lawrencium

08.02.2019

Eine internationale Gruppe von Forscherinnen und Forschern unter Beteiligung des GSI Helmholtzzentrums für Schwerionenforschung in Darmstadt sowie seiner beiden Außenstellen, den Helmholtz-Instituten Mainz und Jena, hat die ersten Ionisierungsenergien der künstlich erzeugten Elemente Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium bestimmt. Die Messdaten zeigen eindeutig, dass die Serie der Actinoide bei Lawrencium zu Ende ist. Die Ergebnisse sind im wissenschaftlichen Fachmagazin „Journal of the American Chemical Society (JACS)“ erschienen.

Die chemischen Elemente Fermium, Mendelevium, Nobelium und Lawrencium tragen die Ordnungszahlen 100 bis 103 im Periodensystem der chemischen Elemente. Sie kommen auf der Erde nicht natürlich vor, sondern lassen sich nur künstlich erzeugen, beispielsweise in Kernverschmelzungsreaktionen an Teilchenbeschleunigern.


Ionisationsenergien von Lanthanoiden und Actinoiden. Deutlich erkennbar bei den Actinoiden ist der Anstieg der Energie bis zu Nobelium und danach der Abfall bei Lawrencium.

Bild: With permission from J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (44), p

Dabei können lediglich geringe Raten von höchstens einigen Atomen pro Sekunde produziert werden, die des Weiteren instabil sind und innerhalb von Sekunden bis Minuten wieder zerfallen. Eine Untersuchung ihrer chemischen Eigenschaften ist dementsprechend nur mit hohem experimentellen Aufwand an einzelnen Atomen möglich.

In den aktuellen Experimenten haben die Wissenschaftler die erste Ionisierungsenergie der Elemente untersucht. Diese Größe beschreibt die Energiemenge, die benötigt wird, um das am wenigsten stark gebundene Elektron aus der Außenschale eines neutralen Atoms zu entfernen.

Dabei erwarteten die Forscher einen Anstieg der Ionisierungsenergie bis zum Nobelium, was dem Abschluss einer vollständig gefüllten Elektronenschale entspricht. Für das folgende Lawrencium, das wieder ein einzelnes, weniger stark gebundenes Elektron enthalten sollte, erwartete man hingegen eine geringere Ionisierungsenergie.

Entsprechende Werte für Nobelium und Lawrencium lagen bereits aus vorhergehenden Experimenten vor. Diese wurden nun durch Messungen der vier schwersten Elemente der Actionoiden ausgeweitet, so dass Messergebnisse aller 14 Elemente der Actinoidenserie vorliegen.

„Die gemessenen Werte sind in Übereinstimmung mit Vorhersagen aktueller relativistischer Berechnungen, die parallel zum Experiment durchgeführt wurden, sowie mit den bei GSI von einer weiteren Arbeitsgruppe durchgeführten laserspektroskopischen Messungen an Nobelium“, erklärt Professor Christoph Düllmann, Leiter der Forschungsabteilung für die Chemie superschwerer Elemente bei GSI und am Helmholtz-Institut Mainz.

„Mit dem Experiment konnten wir eindeutig zeigen, dass die Serie der Actinoiden mit dem Beginn einer neuen Elektronenschale beim Element Lawrencium abgeschlossen ist. Dieses Verhalten ist analog zu der Serie der leichteren Lanthanoide, die sich im Periodensystem über den Actinoiden befinden.“

Erzeugen und vermessen konnten die Forscher die künstlichen Elemente am Tandem-Beschleuniger und dem angeschlossenen Isotopenseparator der japanischen Forschungsorganisation JAEA in Tokai, Japan. Zur Bestimmung der ersten Ionisierungsenergien nutzen sie die sogenannte Oberflächenionisation.

Ein Gasstrom in einem Teflonschlauch befördert dabei die Elemente in eine Tantal-Kammer mit bis zu 3000°C heißer Oberfläche, wo sie ionisiert werden können. Ein Vergleich der Anzahl eingeleiteter und ionisierter Atome liefert einen Wert für die Ionisierungseffizienz, aus dem sich wiederum das erste Ionisierungspotential des Elements bestimmen lässt.

Beteiligt an dem internationalen Experiment waren Forschungseinrichtungen aus Deutschland, den Niederlanden, Japan, Israel und der Schweiz.

Originalpublikation:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b09068

Weitere Informationen:

https://www.gsi.de/start/aktuelles/detailseite/2019/02/08/ionisierungsenergien_a...

Dr. Ingo Peter | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre
11.10.2019 | Max-Planck-Institut für Quantenoptik

nachricht Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?
10.10.2019 | Universität Heidelberg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neuer Werkstoff für den Bootsbau

Um die Entwicklung eines Leichtbaukonzepts für Sportboote und Yachten geht es in einem Forschungsprojekt der Technischen Hochschule Mittelhessen. Prof. Dr. Stephan Marzi vom Gießener Institut für Mechanik und Materialforschung arbeitet dabei mit dem Bootsbauer Krake Catamarane aus dem thüringischen Apolda zusammen. Internationale Kooperationspartner sind Prof. Anders Biel von der schwedischen Universität Karlstad und die Firma Lamera aus Göteborg. Den Projektbeitrag der THM fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand mit 190.000 Euro.

Im modernen Bootsbau verwenden die Hersteller als Grundmaterial vorwiegend Duroplasten wie zum Beispiel glasfaserverstärkten Kunststoff. Das Material ist...

Im Focus: Novel Material for Shipbuilding

A new research project at the TH Mittelhessen focusses on the development of a novel light weight design concept for leisure boats and yachts. Professor Stephan Marzi from the THM Institute of Mechanics and Materials collaborates with Krake Catamarane, which is a shipyard located in Apolda, Thuringia.

The project is set up in an international cooperation with Professor Anders Biel from Karlstad University in Sweden and the Swedish company Lamera from...

Im Focus: Controlling superconducting regions within an exotic metal

Superconductivity has fascinated scientists for many years since it offers the potential to revolutionize current technologies. Materials only become superconductors - meaning that electrons can travel in them with no resistance - at very low temperatures. These days, this unique zero resistance superconductivity is commonly found in a number of technologies, such as magnetic resonance imaging (MRI).

Future technologies, however, will harness the total synchrony of electronic behavior in superconductors - a property called the phase. There is currently a...

Im Focus: Ultraschneller Blick in die Photochemie der Atmosphäre

Physiker des Labors für Attosekundenphysik haben erkundet, was mit Molekülen an den Oberflächen von nanoskopischen Aerosolen passiert, wenn sie unter Lichteinfluss geraten.

Kleinste Phänomene im Nanokosmos bestimmen unser Leben. Vieles, was wir in der Natur beobachten, beginnt als elementare Reaktion von Atomen oder Molekülen auf...

Im Focus: Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Wie kommt es, dass manche Neutronensterne zu den stärksten Magneten im Universum werden? Eine mögliche Antwort auf die Frage nach der Entstehung dieser sogenannten Magnetare hat ein deutsch-britisches Team von Astrophysikern gefunden. Die Forscher aus Heidelberg, Garching und Oxford konnten mit umfangreichen Computersimulationen nachvollziehen, wie sich bei der Verschmelzung von zwei Sternen starke Magnetfelder bilden. Explodieren solche Sterne in einer Supernova, könnten daraus Magnetare entstehen.

Wie entstehen die stärksten Magnete des Universums?

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Event News

International Symposium on Functional Materials for Electrolysis, Fuel Cells and Metal-Air Batteries

02.10.2019 | Event News

NEXUS 2020: Relationships Between Architecture and Mathematics

02.10.2019 | Event News

Optical Technologies: International Symposium „Future Optics“ in Hannover

19.09.2019 | Event News

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Technologiemodul senkt Ausschussrate von Mikrolinsen auf ein Minimum

14.10.2019 | Informationstechnologie

Diagnostik für alle

14.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Bayreuther Forscher entdecken stabiles hochenergetisches Material

14.10.2019 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics