transuraner

Transuraner, grundstoffer med atomnummer over 92 - dvs. grundstoffer med atomnummer højere end urans, som er det naturligt forekommende grundstof, der har det højeste atomnummer.

Faktaboks

etymologi:
Ordet transuraner kommer af trans- og uran.

Grundstofferne indtil nr. 103 (lawrencium) tilhører i kemisk henseende actiniderne, mens grundstofferne med atomnummer over 103 kaldes transactiniderne. Deres kemiske egenskaber er kun undersøgt til og med grundstof nr. 107.

Transuranerne er næsten udelukkende menneskeskabte grundstoffer. Deres atomkerner er alle radioaktive med halveringstider, der udelukker, at de har kunnet overleve de over 4,5 mia. år, som er gået siden Solsystemets tunge grundstoffer blev dannet i en supernovaeksplosion. Uran var indtil 1940 det tungeste kendte grundstof, selvom også det er radioaktivt.

Transuranerne
atomnr. nuv. navn symbol opdagelsesår
93 neptunium Np 1940 (USA)
94 plutonium Pu 1940 (USA)
95 americium Am 1944 (USA)
96 curium Cm 1944 (USA)
97 berkelium Bk 1949 (USA)
98 californium Cf 1950 (USA)
99 einsteinium Es 1952 (USA)
100 fermium Fm 1953 (USA)
101 mendelevium Md 1955 (USA)
102 nobelium No 1958 (USA)
103 lawrencium Lr 1961 (USA)
104 rutherfordium Rf 1964 (USSR)/1969 (USA)
105 dubnium Db 1970 (USSR/USA)
106 seaborgium Sg 1974 (USA/USSR)
107 bohrium Bh 1981 (Vesttyskland)
108 hassium Hs 1984 (Vesttyskland)
109 meitnerium Mt 1982 (Vesttyskland)
110 darmstadtium Ds 1994 (Tyskland)
111 roentgenium Rg 1994 (Tyskland)
112 copernicium Cn 1996 (Tyskland)
113 nihonium Nh 2012 (Japan)
114 flerovium Fl 1998 (Rusland)
115 moscovium Mc 2003 (Rusland og USA)
116 livermorium Lv 2000 (Rusland)
117 tennessin Ts 2010 (Rusland og USA)
118 oganesson Og 2006 (Rusland og USA)
osv.

Når de meget tunge grundstoffer er ustabile, skyldes det, at protonantallet i kernen er så stort, at den elektriske frastødning mellem protonerne bliver i stand til at overvinde de kortrækkende kernekræfter. Kernerne bliver derved især ustabile over for frigivelsen af to protoner, der udsendes sammen med to neutroner i form af en alfapartikel. Denne skal dog gennemtrænge en energibarriere ved den såkaldte tunneleffekt, hvilket giver anledning til forsinkelser af henfaldet, der varierer fra flere mia. år til brøkdele af sekunder. I uran, specielt 238U, er barrieren så høj, at halveringstiden er af samme størrelsesorden som Solsystemets alder, mens transuranerne alle har kortere levetider. Hertil bidrager også henfald ved spontan fission, en proces, som er beslægtet med alfahenfaldet.

Til trods for deres forholdsvis korte halveringstider findes der meget små mængder neptunium og plutonium i naturligt forekommende uranmalm. Disse mængder dannes løbende ved neutronindfangning.

Fremstilling og anvendelse

Der er i hovedsagen to forskellige metoder til fremstilling af transuraner. Den mest almindelige benytter et acceleratoranlæg, hvor to lettere atomkerner, som tilsammen indeholder det ønskede antal protoner, bringes til at fusionere. Oftest vil uran-, bly- eller bismuthkerner udgøre den ene af fusionspartnerne. En anden metode bygger på en trinvis indfangning af neutroner, fx i uran, kombineret med betahenfald, som øger protontallet. Selv fermium med i alt 100 protoner er fremstillet på denne måde.

De første industrielle kernereaktorer blev bygget med det formål at generere neutroner i tilstrækkelige mængder til produktion af plutonium (grundstof nr. 94) ud fra uran til militært brug. Plutonium er et vigtigt grundstof blandt transuranerne mht. anvendelser. Isotoperne 239Pu og 241Pu bruges bl.a. i mængder på flere ton som brændsel i kernekraftværker. Desuden har den mere kortlevende isotop 238Pu, som udsender alfapartikler, fundet anvendelse som energikilde i rumfartøjer. Andre transuraner benyttes som kilder til gammastråling (fx 241Am, nr. 95). 252Cf (nr. 98) er i kraft af dets henfald ved spontan fission en meget benyttet neutronkilde, fordi den er kompakt og bekvem at transportere. De tungere transuraner er alle for kortlivede og for kostbare at fremstille til praktiske anvendelser.

E. Fermi var den første, der i midten af 1930'erne forsøgte at fremstille transuraner ved at bestråle uran med neutroner. Hans resultater har dog ikke kunnet stå for en nærmere prøve, fordi den dengang ukendte fissionsproces optrådte som fejlkilde. I 1940 gentog E.M. McMillan og P.H. Abelson, som arbejdede i Berkeley i Californien, Fermis forsøg i ændret form. De fandt et nyt radioaktivt stof og viste, at det var grundstof nr. 93, som de gav navnet neptunium. Få måneder senere fremstillede McMillan og G.T. Seaborg grundstof nr. 94 (239Pu), plutonium.

Fremstilling af de tungere transuraner kræver store og dyre acceleratoranlæg, og detektion kræver højt specialiseret måleudstyr. Derfor er udforskningen blevet koncentreret til enkelte laboratorier; de vigtigste er Berkeley i Californien, Dubna i Rusland, RIKEN i Tokyo i Japan og selskabet for tungionforskning (GSI) i Darmstadt i Tyskland.

Ved et forsøg i 2000 blev bly (208Pb) bombarderet med ioner af krypton (86Kr). Det skal have ført til dannelse af ganske få, men konstaterbare atomer af grundstof nr. 118 med halveringstid under 1/1000 sekund.

Navngivning

Der har især mellem sovjetiske og amerikanske forskere været en del tvister om, hvem der skal have æren af at have opdaget de enkelte transuraner og derved retten til at foreslå et navn. Forskere, der med større eller mindre ret hævdede, at de var opdagere, har derfor tildelt transuranerne navne, som senere er blevet ændret. Den internationale kemikersammenslutning, IUPAC, har pr. 2012 fastlagt navnene for grundstofferne frem til nr. 112 samt nr. 114 og 116. Ultimo 2015 har den endvidere godkendt opdagelsen af grundstofferne 113, 115, 117 og 118, således at det periodiske system har fået endnu en fuldendt periode, den syvende.

8.6.2016 navngav IUPAC grundstofferne 113, 115, 117 og 118. Grundstof 113 har fået navnet nihonium (Nh) efter Nihon, det ene af to navne for Japan på japansk. Nr. 115 er kaldt moscovium (Mc) efter Moskva, hvor Dubna ligger, og nr. 117 hedder tennessin (Ts) efter delstaten Tennessee, i hvilken Oak Ridge National Laboratory ligger. Grundstof nr. 118 er navngivet oganesson (Og) efter den russiske atomfysiker og videnskabelige leder af Dubna, Jurij Oganesjan (f. 1933).

Opdagelsen af grundstof nr. 118, som oprindelig blev rapporteret i 1999, viste sig at være fejlagtig. Lawrence Berkeley National Laboratory i Californien, hvor "opdagelsen" var gjort, meddelte i 2002, at der var tale om fabrikerede resultater, og at den involverede forsker var bortvist.

Tidligere foreslåede navne på transuraner
atom- nr. nuv. navn sym- bol opdagel- sesår tidligere foreslåede navne
IUPAC 1994 IUPAC 1976 USA/ Darm- stadt USSR Japan
104 ruther- fordium Rf 1964 (USSR)/ 1969 (USA) dub- nium (Db) unnil- quadium (Unq) ruther- fordium (Rf) kurcha- tovium (Ku)
105 dub- nium Db 1970 (USSR/ USA) joli- otium (Jl) unnil- pentium (Unp) hahnium (Ha) niels- bohrium (Ns)
106 seabor- gium Sg 1974 (USA/ USSR) ruther- fordium (Rf) unnil- hexium (Unh) sea- borgium (Sg)
107 bohrium Bh 1981 (Vest- tyskland) boh- rium (Bh) unnil- septium (Uns) niels- bohrium (Ns)
108 hassium Hs 1984 (Vest- tyskland) hah- nium (Hn) unnil- octium (Uno) hassium (Hs) hassium (Hs)
109 meitne- rium Mt 1982 (Vest- tyskland) unnil- ennium (Une) meitne- rium (Mt)
110 darm- stadtium Ds 1994 (Tyskland) unun- nilium (Uun) darm- stadtium (Ds)
111 roent-genium Rg 1994 (Tyskland) unun- unium (Uuu)
112 coper- nicium Cn 1996 (Tyskland) unun- bium (Uub)
113 niho- nium Nh 2012 (Japan) unun- trium (Uut) japo- nium (Jp) og rike- nium
114 flero- vium Fl 1998 (Rusland) unun- quadium (Uuq)
115 mos- covium Mc 2003 (Rusland og USA) unun- pentium (Uup)
116 liver- morium Lv 2000 (Rusland) unun- hexium (Uuh)
117 tennes- sin Ts 2010 (Rusland og USA) unun- septium (Uus)
118 oganes- son Og 2006 (Rusland og USA) ununoc- tium (Uuo)

IUPACs meddelelse om den endelige navngivning af grundstof 114 og 116 IUPACs meddelelse om godkendelsen af de respektive opdagelser af grundstof 113, 115, 117 og 118

Kommentarer

Din kommentar publiceres her. Redaktionen svarer, når den kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig