Livermorium: Element-Eigenschaften und Verwendungen

Einführung

Livermorium (Lv, Ordnungszahl 116) ist ein künstliches superschweres Chalkogen-Element des Periodensystems. Es wurde erstmals im Jahr 2000 von einem Team amerikanischer und russischer Wissenschaftler am Gemeinsamen Institut für Kernforschung (JINR) in Dubna, Russland, zusammen mit dem Lawrence Livermore National Laboratory synthetisiert. Der Name Livermorium wurde dem Element 2012 offiziell verliehen, um die Rolle des Lawrence Livermore Labors bei der Entdeckung superschwerer Elemente zu ehren.

Obwohl nur wenige Atome auf einmal produziert werden, bietet Livermorium Wissenschaftlern die einzigartige Möglichkeit, die Kernstabilität, relativistische Effekte und das Verhalten von Elektronen in superschweren Kernen zu untersuchen, die in natürlich vorkommenden Elementen nicht untersucht werden können.

Geschichte und Namensgebung

Die Synthese von Livermorium war eine Erweiterung der allgemeinen Bemühungen um die Herstellung von Elementen jenseits von Uran (Transuranelemente). Forscher beschossen Targets aus Curium-248 mit Kalzium-48-Ionen in Teilchenbeschleunigern, um die Isotope Livermorium-293 und Livermorium-292 herzustellen. Die Isotope haben eine Halbwertszeit von etwa 60-70 Millisekunden, was die extreme Instabilität der überschweren Kerne widerspiegelt.

Der Name "Livermorium" erinnert an das Lawrence Livermore National Laboratory, das bei der Synthese überschwerer Elemente und der Kernphysik eine Vorreiterrolle spielte.

Chemische Eigenschaften

Aufgrund seines überschweren Charakters und seiner kurzen Halbwertszeit sind die chemischen Eigenschaften von Livermorium weitgehend theoretisch. Man geht davon aus, dass es Tellur und Polonium, den anderen Mitgliedern der Gruppe 16, ähnlich ist und z. B. -2 Oxidationsstufen bildet. Durch relativistische Effekte werden seine Elektronenorbitale jedoch stark verändert, was dazu führen kann, dass Bindungen und Reaktivität anders sind als bei den leichteren Chalkogenen.

Es ist zu erwarten, dass es im Gegensatz zu seinen leichteren Pendants der Gruppe 16 einen metallischen Charakter aufweist und unter experimentellen Bedingungen sogar flüchtige Verbindungen bilden kann.

Weitere potenzielle und bekannte Eigenschaften von Livermorium finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Produktionsmethoden

Livermorium wird durch Kernfusionsreaktionen in Teilchenbeschleunigern synthetisiert:

1. Vorbereitung des Targets: Es werden Targets aus schweren Aktiniden wie Curium-248 oder Plutonium-244 hergestellt.

2. Projektil-Beschuss: Ein Strahl aus Kalzium-48-Ionen wird beschleunigt und auf das Target geschossen, um die Fusion einzuleiten.

3. Nachweis und Identifizierung: Die gebildeten Livermorium-Atome werden sofort durch Alphaspektroskopie und Zerfallsketten identifiziert, da die Isotope innerhalb von Millisekunden zerfallen.

- Fallbeispiel: Das Dubna-Team hat bei der ersten Synthese im Jahr 2000 vier Livermorium-292-Atome identifiziert, was seine Entstehung bestätigt und die Überwachung der Zerfallsketten ermöglicht, die schließlich bei den bekannten Isotopen Blei und Wismut enden.

Die Ausbeute ist extrem gering, sogar weniger als zehn Atome pro Experiment, was eine hohe Strahlintensität, Energiegenauigkeit und Zielstabilität erfordert.

Verwendungsmöglichkeiten von Livermorium

Livermorium hat aufgrund seiner hohen Radioaktivität und kurzen Halbwertszeit keine potenziellen Einsatzmöglichkeiten. Es ist in erster Linie von wissenschaftlichem Nutzen und liefert Erkenntnisse über:

-Nukleare Stabilität: Experimente mit Livermorium belegen die "Stabilitätsinsel" der überschweren Elemente und beeinflussen Vorhersagen für langlebigere Isotope.

- Theoretische Chemie: Das Element erleichtert die Demonstration relativistischer Quantenmodelle des physikalischen und chemischen Verhaltens überschwerer Kerne.

- Methoden der Kernphysik: Die Synthese von Livermorium hat Entwicklungen in der Teilchenbeschleunigertechnologie, den Techniken zum Nachweis des Alphazerfalls und der Isotopentrennung gefördert.

Fallbeispiel: Im Jahr 2015 nutzten Forscher synthetisierte Livermorium-Isotope, um theoretische Zerfallsketten zu bestätigen, die mit Hilfe von Kernschalenmodellen berechnet wurden. Dies spielte eine entscheidende Rolle bei der Bereitstellung von Daten für Elemente mit Stabilitätsmodellen Z > 110, um künftige Bemühungen zur Synthese von längerlebigen überschweren Elementen wie Oganesson (Og, Z=118) zu unterstützen.

Häufig gestellte Fragen

Wie wird Livermorium hergestellt?

Durch Kernfusion, bei der schwere Aktinid-Targets (Plutonium oder Curium) in Teilchenbeschleunigern mit Kalzium-48-Ionen beschossen werden.

Was macht Livermorium so instabil?

Sein superschwerer Kern steht unter extremer Coulomb-Abstoßung und hat daher eine sehr kurze Halbwertszeit (Millisekunden).

Wie lauten seine chemischen Eigenschaften?

Weitgehend theoretisch, aber ähnlich wie die Elemente der Gruppe 16, wenn auch stark von relativistischen Elektroneneffekten beeinflusst, wahrscheinlich mit metallischem Charakter.

Warum ist seine Produktion von Bedeutung?

Die Herstellung von Livermorium erweitert die Grenzen der Kernchemie und verfeinert die Methoden zum Nachweis und zur Untersuchung überschwerer Elemente.

Welche Anwendung findet das Livermorium in der Forschung?

Es liefert wertvolle Erkenntnisse über die Kernkräfte, die Zerfallsmechanismen und die hypothetische Stabilitätsinsel und bildet damit die Grundlage für die Erforschung superschwerer Elemente.

Hat es auch einen praktischen Nutzen?

Noch nicht - sein Nutzen liegt ausschließlich in der Pionierforschung, da es Wissenschaftlern hilft, Modelle für die atomare Struktur und die Kernstabilität zu entwickeln.