Beginnend mit den Elementen 104, 105, 106 bis 116 bilden die Transactiniden- elemente das “Schlußlicht” im Periodensystem der chemischen Elemente. Sind sind somit die schwersten bekannten chemischen Elemente, deren Einordnung in das Mendelev’sche System noch nicht vollständig klar ist. Diese Elemente haben einen so stark positiv geladenen Kern, dass ihre s-Elektronen relativistische Energien bekommen (Beim Element 118 sollen es 86% der Lichtgeschwindigkeit sein!). Dies verändert ihre Elektronenkonfiguration möglicherweise völlig. Das Interesse der Kernchemiker ist deshalb nicht nur die Synthese und die Bestimmung der nuklearen Eigenschaften dieser nur synthetisch zugänglichen Elemente. Nein, ihre chemischen Eigenschaften sollen untersucht und mit den Homologen in den Gruppen des Periodensystems verglichen werden (um Ähnlichkeiten innerhalb einer Gruppe zu bestätigen oder zu widerlegen). Sind die relativistischen Effekte klein, so sollte sich das Transactinid wie ein nomales Gruppenmitglied verhalten.

Schema einer Schwerionenreaktion

Diese Elemente sind nur durch Schwerionenreaktionen an großen Beschleu- nigeranlagen zugänglich und sie leben meist nur weniger als eine Minute, bevor sie wieder zerfallen und damit für immer verloren sind. Daraus erwächst aber eine faszinierende Experimentierkunst, innerhalb dieser kurzen Zeit ein Element chemisch zu charakterisieren, dass obendrein auch noch nur in kleinen Produktionsraten erzeugt werden kann. Um ein Beispiel zu geben: Für Element 106 wird bei heute üblichen Beschleunigermöglichkeiten ein einziges Atom pro Minute produziert - ein einzelnes Atom, das mit 8 sec Halbwertszeit wieder zerfällt. (Ein Körnchen Kochsalz, das man gerade noch so sehen kann, enthält etwa 10hoch16 bis 10hoch18 Atome, eine unvorstellbar große Zahl, wenn man andererseits mit einzelnen Objekten experimentiert.)

Relativistische Effekte - gibt es das auch im normalen Leben...?

Relativistische Effekte sind bereits im „normalen“ chemischen Alltag und mit bloßem Auge, z.B. beim Gold zu beobachten. Die Absorption von Licht der Energie hn = 2,4 eV für Gold kann durch den Übergang vom gefüllten 5d Energieniveau in das (6s) Fermiband beschrieben werden. Die relativistisch berechnete Energiedifferenz beträgt 2,38 eV. Für Silber ist die entsprechende relativistische Anhebung des 4d-Orbitals und die Absenkung des 5s-Orbitals viel geringer, und die Absorption tritt erst bei etwa 3,7 eV auf, also im ultravioletten Bereich. Bei nichtrelativistischen Rechnungen wäre Gold weiß, wie Silber [Pyy88, Eli94]. Die Tatsache, daß der Übergang von 5d106s1 zu 5d96s2 paritätsverboten ist, führt dazu, daß freie Goldatome eigentlich transparent (und auch nicht gelb) sein sollten, obwohl die Farbe des Metalls von den Atomeigenschaften herrührt. Aber Unterschiede zwischen dem Verhalten einzelner Atome, wie es für die Chemie der Transactiniden typisch ist und der Chemie von Makromengen ist eine ganz andere Geschichte....

[übrigens auch Quecksilber wäre kein flüssiges Metall, wenn es nicht die relativistischen Effekte in der Elektronenhülle gebe...)

[WEITER]

 

 

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