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SpanishWissenschaftlern ist es gelungen, einige Einsteinium Eigenschaften herauszufinden
Im Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) gelang es, die ersten Messungen der atomaren Bindungslänge von Einsteinium durchzuführen. Dies ist eine der grundlegenden Eigenschaften der Wechselwirkung des Elements mit anderen Atomen und Molekülen. Obwohl Einsteinium schon vor 70 Jahren entdeckt wurde, ist noch immer nicht viel über es bekannt. Das liegt daran, dass das Element sehr schwer zu beschaffen und hochradioaktiv ist.
Einsteinium wurde 1952 von Albert Ghiorso in den Überresten einer thermonuklearen Bombenexplosion entdeckt. Bei der Explosion fängt der Kern von 238U 15 Neutronen ein und es entsteht 253U, das nach der Emission von 7 Elektronen zu 253Es wird.
Das wissenschaftliche Team, das unter der Leitung von Professor Rebecca Abergel vom LBNL und Stosh Kozimor vom Los Alamos National Laboratory arbeitete, hatte weniger als 250 Nanogramm des Elements zur Verfügung.
„Über Einsteinium ist nicht sehr viel bekannt. Es ist schon eine Leistung, dass wir daran in der anorganischen Chemie forschen durften. Das ist wichtig, weil wir jetzt ein besseres Verständnis für das Verhalten von Einsteinium haben und dieses Wissen nutzen können, um neue Materialien und neue Technologien zu entwickeln. Nicht unbedingt mit Einsteinium, sondern auch mit anderen Actiniden. Wir werden auch ein besseres Verständnis des Periodensystems der Elemente haben", sagt Abergel.
Die Untersuchungen wurden in modernen Forschungseinrichtungen durchgeführt: Molecular Foundry am Berkeley Lab und Stanford Synchrotron Radiation Lightsource am SLAC National Accelerator Laboratory. Die Forscher verwendeten Lumineszenzspektroskopie und Röntgenabsorption.
Doch bevor die Forschung durchgeführt werden konnte, musste Einsteinium selbst gewonnen werden. Dies war nicht einfach. Das Element wurde im High Flux Isotope Reactor des Oak Ridge National Laboratory hergestellt. Dies ist einer der wenigen Orte auf der Welt, wo Einsteinium produziert werden kann. Es wird durch Beschuss eines Kyurs mit Neutronen erzeugt. Dadurch wird eine ganze Kette von chemischen Reaktionen ausgelöst. Und hier trat das erste Problem auf. Die Probe war stark mit Kalifornium verunreinigt. Die richtige Menge an reinem Einsteinium zu erhalten ist extrem schwierig.
Das Wissenschaftlerteam musste daher den ursprünglichen Plan aufgeben, die Röntgenkristallographie einzusetzen, eine Technik, die als Goldstandard für die Untersuchung der Struktur hochradioaktiver Proben gilt. Diese Technik erfordert eine reine metallische Probe. Es wurde daher notwendig, eine neue Untersuchungstechnik zu entwickeln, die es ermöglicht, die Einsteiniumstruktur einer kontaminierten Probe zu bestimmen. Die Wissenschaftler von Los Alamos kamen zur Rettung, indem sie ein geeignetes Instrument zur Aufnahme der Probe entwickelten.
Später musste der Zerfall von Einsteinium bewältigt werden. Die Wissenschaftler verwendeten 254, eines der stabileren Isotope, mit einer Halbwertszeit von 276 Tagen. Sie hatten nur Zeit, einige der geplanten Experimente durchzuführen, als die Pandemie ausbrach und das Labor stillgelegt wurde. Als die Wissenschaftler dorthin zurückkehren konnten, war der größte Teil des Elements bereits zerfallen.
Dennoch konnten sie die Länge der Atombindungen messen und einige Eigenschaften von Einsteinium bestimmen, die sich von denen der übrigen Actiniden unterschieden. „Die Bestimmung von Bindungslängen mag nicht sehr interessant klingen, aber es ist das erste, was Wissenschaftler, die untersuchen, wie sich Metalle mit anderen Molekülen verbinden, wissen wollen. Welche Art von chemischen Wechselwirkungen auftreten, wenn sich das untersuchte Atom mit anderen verbindet“, sagt Abergel.
Sobald wir wissen, wie sich die Atome in einem Einsteiniumhaltigen Molekül anordnen werden, können wir nach chemischen Eigenschaften solcher Moleküle suchen, die uns interessieren. Sie erlaubt uns auch, Trends im Periodensystem der Elemente zu bestimmen. Mit solchen Daten zur Verfügung verstehen wir besser, wie sich alle Aktiniden verhalten. Und wir haben Elemente und ihre Isotope, die in der Nuklearmedizin oder bei der Energiegewinnung nützlich sind, erklärt Professor Abergel.
Die Entdeckung wird es uns auch ermöglichen zu verstehen, was jenseits des aktuellen Periodensystems liegt und könnte die Entdeckung neuer Elemente erleichtern. Wir beginnen jetzt wirklich besser zu verstehen, was passiert, wenn wir uns dem Ende des Periodensystems nähern. Wir können auch Einsteinium-Experimente planen, um weitere Elemente zu entdecken. Zum Beispiel wurden die Elemente, die wir in den letzten 10 Jahren kennengelernt haben, wie z.B. die Tene, mit Hilfe von Berkel entdeckt. Wenn wir genug reines Einsteinium bekommen können, können wir dieses Element als Ziel in Experimenten verwenden, die neue Elemente erzeugen. Nähern wir uns auf diese Weise der - theoretisch berechneten - Insel der Stabilität.Diese gesuchte Insel der Stabilität ist der theoretisch berechnete Bereich des Periodensystems, in dem überschwere Elemente für Minuten oder vielleicht sogar Tage existieren können, im Gegensatz zu den derzeit bekannten überschweren existierenden Elementen, deren Halbzerfallszeiten in Mikrosekunden gezählt werden.