Fire nye, supertunge grunnstoffer er nå blitt bekreftet og skal på plass i periodesystemet. Ett av dem er 117 ununseptium. For å lage dette, måtte forskerne ha et annet grunnstoff, berkelium. Det tok 250 dager å framstille berkeliumet i USA. Så ble det fraktet til Moskva og sendt inn i en partikkelakselerator, hvor det ble kollidert med kalsium. (Foto: ORNL, Department of Energy)
Verdens tyngste grunnstoff bekreftet
Det er supertungt. Det er ekstremt. Det er på randen av sammenbrudd. Nå finnes det også på ordentlig.
Ununoctium har nå sikret seg en plass i periodesystemet, sammen med tre andre stoffer som er nesten like tunge. All verdens lærebøker i kjemi må oppdateres.
– For forskere har dette større verdi en en olympisk gullmedalje, sa nobelprisvinner Ryoji Noyori til avisa The Guardian.
Noyori er tidligere direktør ved det japanske forskningslaboratoriet RIKEN. Det har laget ett av de fire grunnstoffene – 113 ununtrium.
Må bekreftes uavnhengig
– Oppdagelsen av de fire nye grunnstoffene er ikke ny, kommenterer Jon Petter Omtvedt, professor i kjernekjemi ved Universitetet i Oslo og spesialist på supertunge grunnstoff.
– Det som er nytt, er at uavhengige forskergrupper også har bekreftet at grunnstoffene finnes, sier han til forskning.no.
Først da blir de opptatt som fullverdige medlemmer i periodesystemet av International Union of Pure and Applied Chemistry – IUPAC. Det skjedde helt på tampen av 2015.
Ekstrem test av teorier
De tre andre grunnstoffene – blant dem det tyngste, 118 ununoctium – har russiske og amerikanske forskere fått æren for. Stoffene ble laget på begynnelsen av 2000-tallet ved å kollidere lettere atomer i en partikkelakselerator.
– Vi synes jo det er kult i seg selv å lage et nytt grunnstoff. Det er en drivkraft for forskerne, sier Omtvedt til forskning.no.
– Samtidig kan de supertunge grunnstoffene gi en ekstrem test av teorier som beskriver atomkjernen og atomenes kjemi.
– Dette vil også gi bedre modeller for de lettere grunnstoffene, til nytte for blant annet medisinsk forskning og materialteknologi, sier Omtvedt.
De fire nye supertunge grunnstoffene markert med rødt i periodesystemet, tabellen over alle grunnstoffer. Periodesystemet organiserer grunnstoffene i loddrette kolonner etter kjemiske egenskaper. Helt til høyre er edelgassene, stoffer med fulle ytterste elektronskall som ikke så lett reagerer med andre stoffer. Det tyngste av de nye stoffene, 118 ununoctium, hører til i denne gruppen. (Foto: (Figur: Sandbh, Creative Commons, bearbeidet av forskning.no))
Annonse
Grensetilfellet bly
Navnet til det tyngste –ununoctium – betyr rett og slett en-en-åtte-ium, altså 118 –antall protoner i atomkjernen til stoffet.
På antall protoner skal nemlig et grunnstoff kjennes. Verdens letteste grunnstoff har bare ett proton. Livets byggestein – karbon – har seks.
Bly – tungt som fy – har 82. Bly er også det tyngste grunnstoffet som er helt stabilt. Det spaltes ikke i lettere stoffer. Derfor finnes det naturlig.
Jo tyngre – desto mer ustabile
Atomet over bly, vismut, spaltes over milliarder av år. Deretter kommer polonium, som spaltes over århundrer, og astat som spaltes på timer.
Alle disse stoffene og flere andre finnes også i naturen, men i mindre mengder. Det gjør ikke 118 ununoctium, som spaltes på under ett sekund.
– Jo tyngre atomkjernene er, desto mer ustabile blir de, sier Omtvedt.
Stabilitetens øy
Men denne regelen har et unntak – et mystisk sted i teorienes kvanteland som forskerne kaller Stabilitetens øy.
Her vil atomene ha akkurat så mange kjernepartikler at de henger bedre sammen. Det kommer av at kjernepartiklene – protoner og nøytroner – også er organisert i skall, omtrent som elektronene rundt kjernen.
Disse skallene kjenner vi igjen fra kjemiske reaksjoner. Stoffer som mangler elektroner i ytterste skall, for eksempel hydrogen, eller nesten har dem fylt opp, for eksempel oksygen, vil lett reagere kjemisk.
Annonse
Oksygen og hydrogen sammen kalles for eksempel knallgass. De reagerer lett i en kraftig forbrenning.
Grunnregelen sier: jo tyngre et grunnstoff er, altså jo flere kjernepartikler det inneholder, desto raskere spaltes det i andre og lettere grunnstoffer. Figuren viser at det er unntak fra regelen. For enkelte kombinasjoner av protoner og nøytroner i kjernen øker halveringstiden selv om det er mange av dem. Et slikt område kalles stabilitetens øy. Det nye grunnstoffet 113 ununtrium kan være i midten av en slik øy, og forskerne som framstilte stoffet mener at dette nå er bevist, i og med at stoffet har en forholdsvis lang halveringstid på 20 sekunder. (Foto: (Figur: Creative Commons, Public domain, tilpasset av forskning.no))
Atomkjernens svar på edelgass
Stoffer som har fulle elektronskall reagerer derimot dårlig med andre. De kalles edelgasser.
Helium er for eksempel en slik edelgass, mye bedre egnet i ballonger og luftskip enn hydrogen, slik katastrofen med luftskipet Hindenburg viste i 1937.
Nær Stabilitetens øy finnes atomkjernenes svar på edelgassene – grunnstoffer som henger bedre sammen. Men forskerne er ikke helt sikre på hvor Stabilitetens øy finnes.
Kanskje nær 117 ununseptium
Kanskje den finnes nær ett av de nye grunnstoffene – 117 ununseptium. Problemet er at det ikke er nok med riktig antall protoner. Også antall nøytroner i kjernen må stemme.
– Vi har sett tegn til at vi nærmer oss dette området med betydelig lengre levetid for atomene. Likevel snakker vi om dager, ikke noe mer, sier Omtvedt.
Kortlivet kjemi
Hvordan ville en klump med 118 ununoctium sett ut, hvis vi hadde rukket å holde den i hånden?
Annonse
Forskerne tror den ville vært i fast form, med et kokepunkt rundt 80 grader. Den ville også antagelig vært en edelgass, og dermed reagert dårlig med andre stoffer.
Men vil forskerne noensinne finne ut av hvordan slike stoffer reagerer kjemisk?
– Vi har klart å få til kjemiske forbindelser med stoffer som eksisterer mindre enn ett sekund, bekrefter Omtvedt.
– For eksempel klarte vi nettopp å finne ut hvordan grunnstoffet 114 flerovium reagerte med en overflate av gull. Flerovium spalter seg gjennomsnittlig etter 0,8 sekunder, fortsetter han.
Nye navn
De japanske forskerne ved RIKEN ønsker nå å trenge inn i det uutforskede territoriet der enda tyngre grunnstoffer finnes – med 119 eller flere protoner i atomkjernen.
I første omgang kan de likevel sole seg i glansen av 113 ununtrium – og få æren av å gi dette grunnstoffet et navn som klinger bedre.
Dette blir det første grunnstoffet som får navn i Asia. Tyngre grunnstoff har tradisjonelt blitt oppkalt etter steder – som polonium etter Marie Curies hjemland Polen – eller personer – som Curium etter den samme Curie – eller mytologiske skikkelser – som uran, etter underverdenens romerske gud Uranus.
Hva vil de japanske forskerne velge? Svaret får vi trolig i 2016, etter at IUPAC har kontrollert at navnet kan oversettes til andre språk og etter en høringsperiode på fem måneder.
