Tennessin (Ts) – Supertungt radioaktivt grundstof, atomnummer 117 (gruppe 17)

Tennessin (Ts) – supertungt, radioaktivt grundstof, atomnummer 117 og gruppe 17. Menneskeskabt, opdaget 2010, navngivet efter Tennessee; primært forskningsinteresse.

Tennessin (tidligere Ununseptium, der på latin betyder "et-en-syv-ium") er et radioaktivt supertungt kemisk grundstof, der kun er fremstillet af mennesker. Det har symbolet Ts og atomnummer 117. Blandt de kendte grundstoffer er det det næst tungeste (kun overgået af element 118) og ligger som det næstsidste i det periodiske system. Det står i gruppe 17, hvor halogenerne hører hjemme. Dets kemiske og fysiske egenskaber er endnu kun delvist kendt, men teoretiske beregninger og eksperimentelle spor tyder på, at relativistiske effekter kan gøre det mere metallisk end de lettere halogener – nogle vurderer det som et muligt metalloid.

Opdagelse og navn

Opdagelsen af tennessin blev offentliggjort i 2010 af et internationalt hold af forskere, der arbejdede sammen mellem Russiske forskningsinstitutter og amerikanske laboratorier. Eksperimenterne blev udført ved Joint Institute for Nuclear Research (JINR) i Dubna i samarbejde med amerikanske partnere, hvor blandt andet berkelium fra Oak Ridge National Laboratory spillede en vigtig rolle. Kun få atomer af elementet blev produceret, hvilket gør undersøgelsen af dets egenskaber vanskelig.

Navnet "tennessin" blev foreslået for at ære delstaten Tennessee i USA og de institutioner i staten (herunder Oak Ridge National Laboratory, Vanderbilt University og University of Tennessee), som bidrog væsentligt til arbejdet med at fremstille det nødvendige berkelium. Navnet blev godkendt af IUPAC i 2016.

Fremstilling og isotoper

Tennessin fremstilles kunstigt i acceleratoreksperimenter ved at fusionere tunge ioner. Den mest benyttede reaktion har været at bombardere mål lavet af berkelium-249 (249Bk) med calcium-48 (48Ca) ioner. Resultatet er dannelsen af meget tunge nuklider, hvoraf kun enkelte atomer detekteres gennem deres hurtige henfald.\

Der findes ingen stabile isotoper af tennessin; de observerede isotoper har ekstremt korte halveringstider fra millisekunder til få sekunder (afhængig af isotopen). På grund af disse korte levetider og det lille antal dannede atomer er mange af stoffets egenskaber fortsat uafklarede.

Egenskaber

• Atomare og kemiske forventninger: Som medlem af gruppe 17 forventes tennessin at have en p5-yderste elektronskal analogt med halogenerne, men stærke relativistiske effekter kan ændre både elektronfordelingen og kemisk reaktivitet, så det opfører sig anderledes end f.eks. brom eller jod.
• Fysisk tilstand: På grund af manglende mængder er det uklart om tennessin i makroskopisk mængde ville være gas, væske eller fast stof ved standardbetingelser; beregninger peger mod, at det ikke nødvendigvis vil opføre sig som en typisk halogen.
• Radioaktivitet: Alle kendte isotoper er radioaktive og henfalder via alfa-henfald eller andre hurtige processer til lettere nuklider.

Anvendelse og sikkerhed

Der findes ingen praktiske eller industrielle anvendelser af tennessin. På grund af den ekstreme radioaktivitet, de korte halveringstider og de meget små mængder, der kan fremstilles, anvendes elementet udelukkende i grundforskning — primært for at studere nuklear fysik, dannelse af tunge grundstoffer og effekten af relativistisk kvantemekanik på atomare egenskaber.

Sikkerhed ved håndtering følger strenge regler for arbejde med højaktivt materiale og ioniserende stråling. Eksperimenter udføres i specielt afskærmede faciliteter, og al produktion og detektion sker på afstand ved brug af fjernmanipulation og avanceret instrumentering.

Fremtidig forskning

Fremtidige forsøg søger at fremstille flere atomer, identificere flere isotoper og undersøge kemiske reaktioner i gasfase- eller overfladeeksperimenter for bedre at klarlægge, hvorvidt tennessin opfører sig som en halogen eller viser mere metalliske træk. Forståelsen af tennessin bidrager også til viden om de tungeste grundstoffers struktur og stabilitet, herunder mulighederne for såkaldte "øer af stabilitet" i tunge nuklider.

Selvom meget stadig er ukendt, er tennessin et vigtigt eksempel på, hvordan internationale samarbejder og avanceret eksperimentelt udstyr gør det muligt at udvide det periodiske systems grænser.

Historie

Før opdagelsen

I 2004 planlagde JINR-holdet (Joint Institute for Nuclear Research) i Dubna, Moskva Oblast, Rusland, et eksperiment med henblik på at skabe grundstof 117. For at gøre dette skulle de fusionere elementerne berkelium (grundstof 97) og calcium (grundstof 20). Det amerikanske hold på Oak Ridge National Laboratory, som er den eneste producent af berkelium i verden, var imidlertid holdt op med at fremstille berkelium i et stykke tid. Derfor skabte de først grundstof 118 ved hjælp af californium (grundstof 98) og calcium.

Det russiske hold ønskede at bruge berkelium, fordi den isotop af calcium, der blev brugt i forsøget, calcium-48, har 20 protoner og 28 neutroner. Det er den letteste stabile eller næsten stabile kerne (centrum af et atom) med langt flere neutroner end protoner. Zink-68 er den næst-leteste kerne af denne art, men den er tungere end calcium-48. Da tennessin har 117 protoner, skal de have et andet atom med 97 protoner til at blive kombineret med calciumatomet, og berkelium har 97 protoner.

I forsøget gøres berkelium til et mål, og kalciumet affyres i form af en stråle mod berkelium-målet. Kalciumstrålen skabes i Rusland ved at fjerne den lille mængde calcium-48 fra naturligt calcium ved hjælp af kemiske midler. Den kerne, der fremstilles efter forsøget, vil være tungere og er tættere på stabilitetsøen. Dette er idéen om, at nogle meget tunge atomer kan være ret stabile.

Opdagelse af Tennessine

I 2008 begyndte det amerikanske hold igen at skabe berkelium, og de fortalte det russiske hold om det. Programmet fremstillede 22 milligram berkelium, og det er nok til forsøget. Kort efter blev berkeliumet afkølet i 90 dage og blev gjort mere rent ved hjælp af kemiske midler i yderligere 90 dage. Berkeliummålet skulle hurtigt bringes til Rusland, fordi halveringstiden for den isotop af berkelium, der anvendes, berkelium-249, kun er 330 dage. Med andre ord vil halvdelen af berkeliumet efter 330 dage ikke længere være berkelium. Hvis forsøget ikke var startet seks måneder efter, at målet var blevet fremstillet, ville det faktisk være blevet aflyst, fordi de ikke havde berkelium nok til forsøget. I sommeren 2009 blev målet pakket i fem blycontainere og sendt med et kommercielt fly fra New York til Moskva.

Begge hold måtte overvinde den bureaukratiske hindring mellem USA og Rusland, før de sendte berkelium-målet, så det kunne nå frem til Rusland til tiden. Der var dog stadig problemer: Det russiske toldvæsen lod ikke berkeliummålet komme ind i landet to gange på grund af manglende eller ufuldstændige papirer. Selv om målet gik over Atlanterhavet fem gange, tog hele rejsen kun et par dage. Da målet endelig kom ind i Moskva, blev det sendt til Dimitrovgrad i Ulyanovsk Oblask. Her blev målet placeret på en tynd titaniumfilm (lag). Denne film blev derefter sendt til Dubna, hvor den blev anbragt i JINR-partikelacceleratoren. Denne partikelaccelerator er den kraftigste partikelaccelerator i verden til fremstilling af supertunge grundstoffer.

Forsøget begyndte i juni 2009. I januar 2010 meddelte forskerne på Flerov Laboratory of Nuclear Reactions, at de havde fundet et nyt grundstof med atomnummer 117 gennem to henfaldskæder. Den ulige isotop laver 6 alfafald, før den laver en spontan (pludselig) spaltning. Den ulige-jævne isotop foretager 3 alfafald før fission. Den 9. april 2010 blev der offentliggjort en officiel rapport i tidsskriftet Physical Review Letters. Den viste, at de isotoper, der blev nævnt i henfaldskæderne, var²⁹⁴ Ts og²⁹³ Ts. Isotoperne blev fremstillet på følgende måde:

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

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

 

Berkelium-mål, der anvendes til syntesen af tennessin i opløsningsform  

Spørgsmål og svar

Q: Hvad er symbolet for Tennessine?

Spørgsmål: Hvad er atomnummeret for Tennessin?

Sp: I hvilken gruppe i det periodiske system tilhører Tennessin?

Spørgsmål: Hvilke egenskaber har Tennessin?

Sp: Hvem opdagede Tennessin, og hvornår blev det offentliggjort?

Spørgsmål: Anvendes det i øjeblikket til andet end forskningsformål?

Q: Hvordan har det fået sit navn?

Søg efter bogstav