Tennessine: Elementeigenschaften und Verwendungen

Beschreibung

Tennessin (Ts) ist ein synthetisches, überschweres und hochradioaktives Element mit der Ordnungszahl 117. Es gehört zu den jüngsten Ergänzungen des Periodensystems und nimmt in der modernen Kernforschung eine grundlegende Stellung ein. Tennessine existiert für Augenblicke in Sekundenbruchteilen, bevor es in leichtere Elemente zerfällt, aber seine Herstellung markiert einen Durchbruch in der modernen Suche nach überschweren Kernen.

Geschichte und Namensgebung

Tennessin wurde erstmals 2010 in einer gemeinsamen Anstrengung russischer und amerikanischer Wissenschaftler des Joint Institute for Nuclear Research (JINR) in Dubna, Russland, und des Oak Ridge National Laboratory (ORNL) in Tennessee, USA, synthetisiert. Bei dem Experiment wurde Berkelium-249 (²⁴⁹Bk) mit Ionen von Kalzium-48 (⁴⁸Ca) beschossen, um Tennessine-294-Atome zu erzeugen.

Die neuen Atome zerfielen fast augenblicklich, aber ihre charakteristischen Alphateilchen-Emissionen waren der Beweis für die Existenz von Element 117.

Im Jahr 2016 erkannte die Internationale Union für reine und angewandte Chemie (IUPAC) die Entdeckung offiziell an und genehmigte den Namen "Tennessine", nach dem US-Bundesstaat Tennessee, um die Beiträge des ORNL, der Vanderbilt University und der University of Tennessee zur Erforschung und Entdeckung von superschweren Elementen zu würdigen.

Atomare und physikalische Eigenschaften

Es wird erwartet, dass sich Tennessin als metallisches oder halbmetallisches Halogen verhält, im Gegensatz zu leichteren Analoga wie Chlor oder Jod. Theoretische Modelle lassen vermuten, dass relativistische Effekte - bedingt durch die hohe Geschwindigkeit der inneren Elektronen - ihm einen schwächeren nichtmetallischen Charakter und vielleicht metallische Bindungstendenzen verleihen.

Chemische Eigenschaften Beschreibung

Aufgrund seiner extrem kurzen Halbwertszeit und der geringen Produktionsmenge wurde bisher kein einziges chemisches Experiment mit Tennessin durchgeführt. Computergestützte Chemie und periodische Trends geben jedoch Aufschluss über sein wahrscheinliches Verhalten:

-Gruppenähnlichkeit: Tennessin gehört zur Gruppe 17 (die Halogene) und dürfte eine gewisse Reaktivität mit Astatin (At), dem größten natürlich vorkommenden Halogen, aufweisen.

- Oxidationsstufen: Die berechneten Oxidationsstufen sind -1, +1 und +3, wobei +1 und +3 aufgrund von relativistischen Stabilisierungseffekten stabiler sein müssen.

- Chemische Reaktivität: Es würde einfache Verbindungen wie Tennessinchlorid (TsCl) und Tennessinfluorid (TsF) ergeben, aber keine dieser Verbindungen wurde experimentell nachgewiesen.

Herstellung und Synthese

Die Synthese von Tennessin ist eine großartige wissenschaftliche Leistung, die Teilchenbeschleuniger, radioaktive Targets und eine ausgeklügelte Ionenstrahltechnologie erfordert.

Die Synthese umfasst die folgenden wichtigen Schritte:

1. Vorbereitung des Targets: Eine dünne Schicht aus Berkelium-249, die im Hochfluss-Isotopenreaktor des ORNL hergestellt wird, wird auf einer Titanfolie abgeschieden.

2. Ionenbeschuss: Ein Kalzium-48-Strahl wird auf hohe Energie beschleunigt und auf das Berkelium-Target geschossen.

3. Kernfusion: Manchmal führt die Kollision von Kernen zur Bildung eines überschweren Verbundkerns (Tennessin), der Neutronen freisetzt und fast sofort zerfällt.

4. Nachweis: Sorgfältig konstruierte Detektoren messen die Alphazerfallskette, um das Vorhandensein des neuen Elements zu bestätigen.

Aufgrund der geringen Ausbeute - nur wenige Atome pro Experiment - und des schnellen Zerfalls erfordert jede Beobachtung hohe Präzision und weltweite Zusammenarbeit.

Anwendungen und wissenschaftliche Bedeutung

Die kurze Halbwertszeit und die winzige Produktion von Tennessin schließen eine industrielle oder kommerzielle Nutzung aus, aber seine wissenschaftliche Bedeutung ist enorm:

- Nuklearstrukturstudien: Die Untersuchung von Tennessin ermöglicht es den Physikern zu beobachten, wie sich Protonen und Neutronen in der überschweren Region des Periodensystems verhalten.

- Theoretische Bestätigungen: Die Entdeckung des Tennessins bestätigt die Vorhersagen des Kernschalenmodells und die Suche nach der "Insel der Stabilität", einem theoretischen Bereich, in dem überschwere Elemente längere Halbwertszeiten haben könnten.

- Technologische Entwicklung: Die zur Herstellung von Tennessine entwickelten Geräte und Methoden - wie fortschrittliche Zielvorbereitung, Teilchenstrahlmanipulation und Detektortechnologie - haben die Entwicklungen in der Nuklearmedizin, der Materialwissenschaft und der Beschleunigerphysik beeinflusst. Weitere Informationen finden Sie unter Stanford Advanced Materials (SAM).

Häufig gestellte Fragen

Was ist Tennessin?

Tennessin (Ts) ist ein synthetisches, radioaktives Element mit der Ordnungszahl 117, das durch hochenergetische Kernfusionsreaktionen von Berkelium- und Kalziumisotopen entsteht.

Warum wird es Tennessin genannt?

Das Element ist nach dem US-Bundesstaat Tennessee benannt, um die Schlüsselrolle zu würdigen, die die dortigen Forschungseinrichtungen bei der Entdeckung gespielt haben.

Wie wird Tennessine hergestellt?

Es wird durch Beschuss von Berkelium-249-Zielen mit Kalzium-48-Ionen in einem Teilchenbeschleuniger hergestellt, wobei jeweils nur wenige Atome entstehen.

Was sind seine chemischen Eigenschaften?

Es wird erwartet, dass es sich wie ein schweres Halogen verhält, vielleicht mit metallischem Charakter, mit Oxidationsstufen von -1, +1 und +3.

Gibt es nützliche industrielle Anwendungen für Tennessin?

Aufgrund seiner Instabilität gibt es derzeit keine nützlichen Anwendungen, aber seine Synthese treibt die Technologie in der Nuklearwissenschaft und der Hochpräzisionsinstrumentierung voran.

Welchen Vorteil bietet die Untersuchung von Tennessin?

Es verbessert das Verständnis der Stabilität superschwerer Elemente, der Kernkräfte und der relativistischen Auswirkungen auf das chemische Verhalten.