Chemie mit einem Atom – (wie) passen die neuen superschweren Elemente ins Periodensystem?

Wenn wir Atome und die aus ihnen bestehende Materie sehen, wiegen, manchmal auch hören oder riechen können, sind in aller Regel die auf der Erde in großen Mengen vorkommenden Elemente bis Uran, Element 92, beteiligt. Ein Blick ins Periodensystem der Elemente zeigt jedoch, dass es noch deutlich schwerere Elemente gibt. Die Suche nach der Erweiterung des Periodensystems zeitigte in den letzten 20 Jahren die Entdeckung neuer Elemente bis 118, Oganesson. Von diesen schwersten sind allerdings nur geringe Mengen, teilweise nur einzelne Atome, nachgewiesen worden.

Die Forschung ist an ihrem chemischen Verhalten interessiert: Ähneln sie den leichteren Homologen, wie die Struktur des Periodensystems vorschlägt? Oder spielen auf die Relativitätstheorie zurückzuführende Effekte bei hoch geladenen Atomkernen, wie sie in neuen Elementen vorkommen, eine so große Rolle, dass sie zu neuartigen chemischen Eigenschaften führen? Dass dabei stets nur einzelne, kurzlebige Atome untersucht werden können, lässt Chemieexperimente mit diesen Elementen zu einer formidablen Herausforderung werden. 

Die GSI/FAIR-Beschleunigeranlage, gekoppelt mit schnellen automatisierten Chemieapparaturen, hat dies Wirklichkeit werden lassen. Der Vortrag zeigt auf, wie in den letzten Jahren das chemische Verhalten der Elemente 113 bis 115, der schwersten bislang chemisch charakterisierten Elemente überhaupt, untersucht und damit die Struktur des Periodensystems an dessen aktuellem Ende aufgeklärt werden konnte. 

Professor Dr. Christoph E. Düllmann studierte Chemie an der Universität Bern, Schweiz, und schloss seine Promotion dort im Jahr 2002 über die erstmalige chemische Untersuchung des superschweren Elements Hassium (Element 108) ab. Danach folgte ein Aufenthalt am Lawrence Berkeley National Laboratory und der University of California in Berkeley, USA. Im Jahr 2006 wechselte er nach Darmstadt zu GSI. Seit dem Jahr 2010 leitet er die GSI-Forschungsabteilung zur Chemie superschwerer Elemente und besetzt eine gemeinsame Professur für Kernchemie an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Aktuell ist er außerdem stellvertretender Direktor des Helmholtz-Instituts Mainz. Seine Forschungsinteressen beinhalten die Produktion und die Zerfallseigenschaften superschwerer Elemente, die Chemie der Transactinidenelemente, sowie die Herstellung spezialisierter Actinidenproben für Anwendungen in Chemie und Physik.

 

Fotos: L. Lens, GSI/FAIR; B. Schausten, GSI/FAIR; S. Chenmarev