Tennessin (Element 117): Eigenschaften, Entdeckung und Einordnung

Vor der Entdeckung

Im Jahr 2004 plante das Team des Gemeinsamen Instituts für Kernforschung (JINR) in Dubna, Oblast Moskau, Russland, ein Experiment zur Synthese (Erzeugung) von Element 117. Es wird als Element 117 bezeichnet, weil die Anzahl der Protonen in seinem Atom 117 beträgt. Dazu mussten sie die Elemente Berkelium (Element 97) und Kalzium (Element 20) miteinander verschmelzen. Das amerikanische Team am Oak Ridge National Laboratory, dem weltweit einzigen Hersteller von Berkelium, hatte jedoch die Herstellung von Berkelium für eine Weile eingestellt. Daher synthetisierten sie das Element 118 zunächst unter Verwendung von Kalifornium (Element 98) und Kalzium.

Das russische Team wollte Berkelium verwenden, weil das im Experiment verwendete Isotop des Kalziums, Kalzium-48, 20 Protonen und 28 Neutronen hat. Dies ist der leichteste stabile oder fast stabile Kern (der mittlere Teil eines Atoms) mit viel mehr Neutronen als Protonen. Zink-68 ist der zweitleichteste Kern dieser Art, aber er ist schwerer als Kalzium-48. Da Tennessin 117 Protonen hat, benötigen sie ein weiteres Atom mit 97 Protonen, um mit dem Kalziumatom verbunden zu werden, und Berkelium hat 97 Protonen.

In dem Experiment wird das Berkelium zu einem Target gemacht und das Kalzium wird in Form eines Strahls auf das Berkelium-Target geschossen. Der Kalziumstrahl wird in Russland erzeugt, indem dem natürlichen Kalzium mit chemischen Mitteln die geringe Menge an Kalzium-48 entzogen wird. Die Kerne, die nach dem Experiment hergestellt werden, werden schwerer sein und näher an der Insel der Stabilität liegen. Das ist die Vorstellung, dass einige sehr schwere Atome recht stabil sein können.

Entdeckung der Tennessine

Im Jahr 2008 begann das amerikanische Team erneut, Berkelium herzustellen, und sie erzählten dem russischen Team davon. Das Programm stellte 22 Milligramm Berkelium her, und das ist genug für das Experiment. Bald darauf wurde das Berkelium in 90 Tagen abgekühlt und in weiteren 90 Tagen durch chemische Mittel reiner gemacht. Das Berkelium-Target musste schnell nach Russland gebracht werden, da die Halbwertszeit des verwendeten Berkeliumisotops Berkelium-249 nur 330 Tage beträgt. Mit anderen Worten, nach 330 Tagen wird die Hälfte des Berkeliums nicht mehr Berkelium sein. Eigentlich wäre das Experiment sechs Monate nach der Herstellung des Targets abgebrochen worden, wenn es nicht begonnen hätte, weil sie nicht genügend Berkelium für das Experiment hatten. Im Sommer 2009 wurde das Target in fünf Bleicontainer verpackt und mit einem kommerziellen Flug von New York nach Moskau geschickt.

Beide Teams mussten sich dem bürokratischen Hindernis zwischen Amerika und Russland stellen, bevor sie das Berkelium-Ziel schicken, damit es rechtzeitig in Russland eintreffen konnte. Es gab jedoch noch immer Probleme: Der russische Zoll ließ das Berkelium-Ziel wegen fehlender oder unvollständiger Papiere nicht zweimal ins Land einreisen. Obwohl das Ziel fünfmal über den AtlantischenOzean fuhr, dauerte die gesamte Reise nur wenige Tage. Als das Ziel schließlich in Moskau eintraf, wurde es nach Dimitrovgrad, Uljanovsk Oblask, geschickt. Dort wurde die Zielscheibe auf einen dünnen Titanfilm (Schicht) aufgebracht. Dieser Film wurde dann nach Dubna geschickt, wo er in den JINR-Teilchenbeschleuniger eingelegt wurde. Dieser Teilchenbeschleuniger ist der leistungsfähigste Teilchenbeschleuniger der Welt für die Erzeugung superschwerer Elemente.

Das Experiment begann im Juni 2009. Im Januar 2010 gaben die Wissenschaftler des Flerov-Labors für Kernreaktionen innerhalb des Labors bekannt, dass sie den Zerfall eines neuen Elements mit der Ordnungszahl 117 durch zwei Zerfallsketten gefunden hatten. Das ungerade Isotop zerfällt in 6 Alpha-Ketten, bevor es zu einer spontanen (plötzlichen) Spaltung kommt. Das ungerade geradzahlige Isotop zerfällt vor der Spaltung um 3 Alphazerfälle. Am 9. April 2010 wurde ein offizieller Bericht in der Zeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht. Er zeigte, dass die Isotope, die in den Zerfallsketten erwähnt wurden, ^294Ts und ^293Ts waren. Die Isotope wurden wie folgt hergestellt:

^249Bk + ^48Ca → ^297Ts* → ^294Ts + 3 n (1 Ereignis)

^249Bk + ^48Ca → ^297Ts* → ^293Ts + 4 n (5 Ereignisse)