Superzwaar element laat zich binden

Het superzware element seaborgium vervalt doorgaans ogenblikken nadat het is gemaakt. Toch is het een team internationale wetenschappers gelukt er andere atomen aan te binden. In een deeltjesversneller in Japan bonden ze seaborgium voor het eerst aan een aantal zijgroepen.

24 september 2014

Voorstelling van het gebonden seaborgium.
Alexander Yakushev (GSI)/Christoph E. Düllmann

Het maken van een superzwaar element zoals seaborgium (element 106) heeft doorgaans heel wat voeten in de aarde. Nu is het gelukt om het te maken, het te binden én te onderzoeken in de pakweg 20 seconden dat het element bestaat.

Een groep wetenschappers van onder andere de Johannes Gutenberg University Mainz, het GSI Helmholtz Center for Heavy Ion Research (GSI) en de University of Bern bundelden hun krachten. Ze gebruikten een deeltjesversneller en schoten hiermee ionen van het element neon (10) op een doelwit van curium (96).

Heel af en toe smolten er twee atoomkernen samen tot een nieuwe ‘superkern’ met 106 protonen: het element seaborgium. Dergelijke botsingen waren zeldzaam; per dag werden er slechts een handjevol seaborgiumatomen gevormd.

Vervolgens wisten de wetenschappers de atomen te isoleren en er in een speciaal reactievat zes zogenoemde carbonylgroepen (CO) aan te binden. Een zeldzaamheid. De opbrengst na twee weken dag en nacht experimenten was slechts 18 moleculen seaborgiumhexacarbonyl. Het is voor het eerst dat deze verbinding gemaakt werd. De bevindingen werden vorige week in Science gepubliceerd.

Niet alleen de geringe stabiliteit van het seaborgiumkern zorgt hierbij voor een uitdaging, maar ook de carbonylverbindingen, aldus de wetenschappers. “De intense ionenbundel die we gebruiken om de superzware elementen te maken vernietigt doorgaans zelfs redelijk stabiele verbindingen”, aldus Alexander Yakushev van het GSI in het persbericht. Daarom ontwikkelden de wetenschappers eerst technieken om de geproduceerde zware kernen te scheiden van de bundel van ionen.

Een man in een wit pak staat in een deeltjesversneller. — Een kijkje in de 120 meter lange lineaire versneller van het Duitse onderzoekscentrum GSI, waarmee ook experimenten voor dit onderzoek werden gedaan.
GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung

Einstein in het atoom

Het doel van het experiment was onder andere testen bij welke temperatuur het kersverse molecuul een interactie aangaat met een vast oppervlak. Door de moleculen bij een dalende temperatuur langs een wand van siliciumdioxide te leiden en te kijken wanneer ze aan die wand blijven plakken kan worden uitgerekend hoeveel energie daarbij vrijkomt. Dit zegt op zijn beurt weer iets over het gedrag van de elektronen in het molecuul.

De resultaten werden vergeleken met eigenschappen van soortgelijke moleculen met lichtere atomen, zoals molybdeen en wolfraam in plaats van seaborgium. De theorie stelt dat zogenoemde relativistische effecten een steeds grotere rol gaan spelen in zware atomen zoals de laatstgenoemde. Dat komt door de hoge snelheid van de elektronen, die door de grote positieve lading in de kern sneller bewegen.

Hoewel dit relativistische gedrag in feite in elke atoom een rol speelt, is het vooral in superzware atomen aanwezig. Voorspellingen van het gedrag waarin relativistische effecten een rol spelen bleken overeen te komen met het seaborgiumexperiment.

Steeds zwaarder

Het is niet de eerste keer dat seaborgium wordt gebonden. Al eerder lukte het om chloor en zuurstof aan het element te koppelen. Maar juist in deze moleculen waren de te onderzoeken relativistische effecten klein.

De onderzoekers noemen hun onderzoek een belangrijke stap in het onderzoek naar elementen aan het einde van het periodiek systeem. Doorgaans is over de eigenschappen van die elementen weinig bekend. Maar ze bieden een perfect laboratorium voor onderzoek naar de bovengenoemde effecten. Vervolgens kunnen die bevindingen worden doorgetrokken naar het gedrag van lichtere elementen.

Een tafel vol met paarse, groene en gele cupcakes met elementen erop. — Het periodiek systeem in cupcakes.
University of Aberdeen Science Magazine CC1.0

Ondertussen gaat ook de jacht op nóg zwaardere elementen door. Dit jaar werd opnieuw bewijs gevonden voor het bestaan van element 117. Die valt vooralsnog te snel uit elkaar om er experimenten zoals die met seaborgium mee te doen. Wetenschappers vermoeden dat ze uiteindelijk ook superzware en stabiele elementen kunnen maken.

Bron: