Insel der Stabilität

Autor: Leandro Alegsa Erstellungsdatum: 3. November 2020

Die chemischen Elemente jenseits von Blei sind radioaktiv, und sie haben keine stabilen Isotope. Das bedeutet, dass sie in andere Elemente zerfallen werden. Mit Ausnahme von Plutonium liegt ihre Halbwertszeit in der Größenordnung von einigen Minuten bis Sekunden. In der Physik gibt es eine Theorie, die besagt, dass es nach einer Reihe von Elementen mit kurzer Halbwertszeit andere mit längerer Halbwertszeit geben wird. Diese sind allgemein als Inseln der Stabilität bekannt. Es wird erwartet, dass diese Elemente Isotope mit Halbwertszeiten im Bereich von einigen Minuten aufweisen. Die Hypothese ist, dass der Atomkern in "Schalen" aufgebaut ist, ähnlich wie die Struktur der viel größeren Elektronenhüllen in Atomen. In beiden Fällen sind Schalen nur Gruppen von Quantenenergieniveaus, die relativ nahe beieinander liegen. Energieniveaus von Quantenzuständen in zwei verschiedenen Schalen werden durch eine relativ große Energielücke getrennt. Wenn also die Anzahl der Neutronen und Protonen die Energieniveaus einer gegebenen Schale im Kern vollständig ausfüllt, wird die Bindungsenergie pro Nukleon ein lokales Maximum erreichen, und somit wird diese bestimmte Konfiguration eine längere Lebensdauer haben als nahegelegene Isotope, die keine gefüllten Schalen besitzen.

Eine gefüllte Hülle hätte "magische Zahlen" von Neutronen und Protonen. Eine mögliche magische Zahl von Neutronen für sphärische Kerne ist 184, und einige mögliche übereinstimmende Protonenzahlen sind 114, 120 und 126 - was bedeuten würde, dass die stabilsten sphärischen Isotope Flerovium-298, unbinilium-304 und unbihexium-310 wären. Besonders erwähnenswert ist Ubh-310, das "doppelt magisch" wäre (sowohl seine Protonenzahl von 126 als auch seine Neutronenzahl von 184 gelten als magisch) und daher am wahrscheinlichsten eine sehr lange Halbwertszeit hätte. (Der nächste leichtere doppelt magische kugelförmige Kern ist Blei-208, der schwerste stabile Kern und das stabilste Schwermetall).

Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass große Kerne deformiert werden, was zu einer Verschiebung der magischen Zahlen führt. Man geht heute davon aus, dass es sich bei Hassium-270 um einen doppelt magisch deformierten Kern mit den deformierten magischen Zahlen 108 und 162 handelt. Allerdings hat es eine Halbwertszeit von nur 3,6 Sekunden.

Isotope wurden mit genügend Protonen hergestellt, um sie auf einer Insel der Stabilität zu pflanzen, aber mit zu wenig Neutronen, um sie überhaupt an die äußeren "Küsten" der Insel zu bringen. Es ist möglich, dass diese Elemente ungewöhnliche chemische Eigenschaften besitzen und, wenn sie Isotope mit ausreichender Lebensdauer besitzen, für verschiedene praktische Anwendungen zur Verfügung stünden (z.B. als Ziele von Teilchenbeschleunigern und auch als Neutronenquellen).

Periodensystem mit Elementen, die entsprechend der Halbwertszeit ihres stabilsten Isotops eingefärbt sind. Stabile Elemente. Radioaktive Elemente mit Halbwertszeiten von über vier Millionen Jahren. Halbwertszeiten zwischen 800 und 34.000 Jahren. Halbwertszeiten zwischen 1 Tag und 103 Jahren. Halbwertszeiten zwischen einer Minute und 1 Tag. Halbwertszeiten von weniger als einer Minute.

Fragen und Antworten

F: Welche Elemente sind jenseits von Blei?

A: Die Elemente jenseits von Blei sind radioaktiv und haben keine stabilen Isotope.

F: Wie lautet die physikalische Theorie, die erklärt, warum einige Elemente eine längere Halbwertszeit haben?

A: Die physikalische Theorie besagt, dass es nach einer Reihe von Elementen mit kurzen Halbwertszeiten andere mit längeren Halbwertszeiten gibt, die als Stabilitätsinseln bezeichnet werden. Das liegt daran, dass die Bindungsenergie pro Nukleon ein lokales Maximum erreicht, wenn die Anzahl der Neutronen und Protonen die Energieniveaus einer bestimmten Schale im Kern vollständig ausfüllt, so dass diese spezielle Konfiguration eine längere Lebensdauer hat als die benachbarten Isotope.

F: Was sind magische Zahlen für kugelförmige Kerne?

A: Die magischen Zahlen für kugelförmige Kerne sind die Neutronenzahl von 184 und die Protonenzahl von 114, 120 und 126. Dies würde bedeuten, dass die stabilsten kugelförmigen Isotope Flerovium-298, Unbinilium-304 und Unbihexium-310 sind.

F: Glaubt man, dass Hassium-270 doppelt magisch ist?

A: Ja, man glaubt, dass Hassium-270 ein doppelt magischer deformierter Kern ist, mit den deformierten magischen Zahlen 108 und 162.

F: Wie lang ist seine Halbwertszeit?

A: Seine Halbwertszeit beträgt 3,6 Sekunden.

F: Gibt es praktische Anwendungen für diese Elemente?

A: Ja, wenn sie über Isotope mit ausreichender Lebensdauer verfügen, könnten sie für verschiedene praktische Anwendungen eingesetzt werden, z.B. als Ziele für Teilchenbeschleuniger oder als Neutronenquellen.