Fremstillingen av grunnstoffene og deres egenskaper

Tidlig syntetiserte grunnstoff

Grunnstoffer etter 92U i periodesystemet er syntetiske med unntak av plutonium nr. 94 som dannes i naturen fra uran under innvirkning av kosmisk stråling. Ved å bombardere grunnstoffer med nøytroner og positive ioner har det vært mulig å utvide periodesystemet utover nr. 92 med nye grunnstoffer. I 1940 ble neptunium dannet ved å bombardere uran med nøytroner fra en syklotron, og i reaksjonen ble en β-partikkel produsert:

Dannelse av neptunium

Også 94Pu og 95Am er dannet ved nøytroninntak.

Fra nr. 96 og utover i periodesystemet brukes bombardement med alfastråler (heliumioner) eller positive ”tungioner” av f.eks. C, N og O. Eksempel er dannelsen av curium (Cm) og rutherfordium (Rf):

Dannelse av curiumDannelse av rutherfordium

I tillegg til grunnstoffene som er oppført i tabellen, er det rapportert om følgende oppdagelser av grunnstoffer av gruppe og i år: Uub Darmstadt 1996, Uut California og Dubna 2004, Uuq Dubna 1999, Uup California og Dubna 2004, Uuh Dubna 2000, Uuo Dubna 2002 (se vedlegg: grunnstoffenes periodesystem).I 2005 er disse oppdagelsene (ennå) ikke akseptert av IUPAC.

Fremstilling av de nyeste grunnstoffene

Fra 1997 og til 2004 har IUPAC akseptert oppdagelsen av og gitt endelige navn til grunnstoffene nr. 101-111. Se tabellen. Disse grunnstoffene er fremstilt syntetisk ved å bombardere stoffer med høyenergetiske stråler, og det har ført til fusjoner. De nydannede grunnstoffene er radioaktive og desintegrerer gjerne raskt.

Grunnstoffet røntgenium ble dannet ved et eksperiment i desember 1994. Da sendte Sigurd Hofmann og hans medarbeidere i Darmstadt-gruppen en stråle av 64Ni, med 10 % av lysets hastighet, mot en tynn film av 209Bi 2. De aller fleste nikkelionene gikk uendret gjennom filmen, men noen ganger skjedde det en sammensme lting til 273Rg som straks mistet et nøytron og dannet 272Rg:

Dannelse av røntgenium

I alt tre slike 272Rg-partikler ble observert i 1994. I oktober 2000 ble tre nye 272Rg-partikler registrert. Den gjennomsnittlige levetiden for de seks 272Rg var 2,3 millisekund som gir en halveringstid på 1,6 ms. Darmstadt-gruppen fulgte desintegrasjonen av 272Rg til 252Md, og for hvert trinn ble en alfapartikkel emittert:

Desintegrasjonen av 272Rg til 252Md

Røntgenium er senere observert i andre forskergruppers eksperimenter, men da med andre isotoper. Dubna-gruppen har registrert to tilfeller - 279Rg og 280Rg - som nedbrytningsprodukter av henholdsvis 287Uup og 288Uup, mens RIKEN-instituttet i Wako, Japan har observert én 274Rg-partikkel fra en nedbrytning av 278Uut.

Ved å bombardere folier med partikler, kan man altså få dannet de nyeste syntetiske grunnstoffene, slik eksemplet over viser. Disse nyoppdagete grunnstoffene er ikke nøytrale atomer, men positive ioner. Antall elektroner i ionene varierer og oppgis sjelden. Ionene som dannes, ”mangler” gjerne flere elektroner enn de positive ionene vi kjenner fra skolekjemien. Men de syntetiserte ionene plukker fort opp elektroner etter kjernereaksjonen. For de tre 111 272Rg-partiklene fra 1994-eksperimentet er det snakk om positive ioner med 80-90 elektroner2. (Et nøytralt Rg-atom ville hatt 111 elektroner.)

I stedet for partikler bruker forskerne ord som kjerne (nucleus på engelsk), atom, ion eller nuklide. Her er hva Hofmann fra Darmstadt-gruppen skrev i en spørsmål-svar-runde i forbindelse med godkjenningen av navnet darmstadtium for nr. 110: 

The first nucleus of 269Ds was produced on Nov. 9, 1994

By now a total of 48 nuclei of darmstadtium were measured at different laboratories. The nuclei were attributed to 6 different isotopes produced in different reactions. Some of the published data is subject to further investigation and confirmation.

62Ni + 208Pb-> 269Ds + 1n, 1994, GSI Darmstadt, 3 atoms

64Ni + 208Pb -> 271Ds + 1n, 1994, GSI Darmstadt, 9 atoms

(vår kursivering)

Egenskaper til syntetiske grunnstoffer

Flere av de tidligst fremstilte syntetiske grunnstoffene er laget i store mengder. Det er f.eks. fremstilt tonnevis av plutonium, og ved bestråling av plutonium med alfapartikler og nøytroner er det produsert curium i mengder på kg. For slike syntetiske grunnstoffer kan en eller flere fysiske egenskaper oppgis. Curium (96Cm) er for eksempel et sølvglinsende, mykt metall med tetthet 13,5 kg/dm3 og smeltepunkt 1340°C.


Av de nyeste syntetiske grunnstoffene, nr. 104-111, er det bare fremstilt noen få partikler. Det blir ikke nok til å bestemme fysiske egenskaper. Men man forventer for eksempel at røntgenium som har fått plass i samme gruppe (nr. 11) i periodesystemet som kobber, sølv og gull, ligner disse grunnstoffene i egenskaper. På nettsidene til Webelements (se lenke til høyre) blir grunnstoffene nr. 104-111 klassifisert som metalliske, og som antagelig faste stoffer ved romtemperatur med grå eller sølvaktig farge.

Kjemiske egenskaper til et grunnstoff er knyttet til partikler av grunnstoffet og reaksjoner mellom partikler. Det er mange slike egenskaper som er bestemt for de syntetiske grunnstoffene, og av mange er det også laget forbindelser. Allerede i 1947 ble Cm(OH)3 fremstilt i ”synlige” mengder, ca 30 mikrogram. I våre dager arbeider man med å beskrive kjemiske egenskaper for de nyeste syntetiske grunnstoffene. Norske forskere fra Universitetet i Oslo er i 2005 i Berkeley ved California-gruppen og eksperimenterer med rutherfordium. De har klart å isolere 104Rf-ioner og få dannet komplekser av dem med svovelsyre. I disse kompleksene har Rf den forventete ioneladningen ut fra plasseringen i periodesystemet.


[2] Brubacher (2005): Element 111 is roentgenium. Chem13News, 328, 5

Aktuelle kompetansemål i læreplanen

Læreplan i naturfag

  • Etter 10. årstrinn
    • Fenomener og stoffer
      • vurdere egenskaper til grunnstoffer og forbindelser ved bruk av periodesystemet
  • Etter Vg1 - studieforberedende utdanningsprogram
    • Stråling og radioaktivitet
      • gjennomføre forsøk med radioaktivitet, halveringstid og bakgrunnsstråling, forklare fenomenene og gjøre enkle beregninger
  • Etter Vg3 - påbygging til generell studiekompetanse
    • Stråling og radioaktivitet
      • gjennomføre forsøk med radioaktivitet, halveringstid og bakgrunnsstråling, forklare fenomenene og gjøre enkle beregninger

Læreplan i kjemi - programfag i studiespesialiserende utdanningsprogram

  • Kjemi 1
    • Språk og modeller i kjemi
      • forklare, illustrere og vurdere stoffers sammensetning, bindingstyper og egenskaper ved hjelp av periodesystemet

Nettressurser

(elements.vanderkrogt.net)
(webelements.com)