Hassium auf der Flucht mit Sauerstoff

Das vor bald 20 Jahren entdeckte schwere Element Hassium konnten Forscher erstmals in Form einer chemischen Verbindung mit Sauerstoff nachweisen. Damit lässt sich das künstliche Metall im Periodensystem einordnen. Für die Experimente setzte das internationale Team unter Leitung des Paul Scherrer Instituts neuartige und eigens dazu entwickelte Siliziumdetektoren ein.

Bis 1940 galt Uran als das schwerste chemische Element. Das in der Natur vorkommende Metall trägt die Ordnungszahl 92, sind doch in seinem Atomkern 92 positiv geladene Elementarteilchen (Protonen) vorhanden. Seither sind über 20, nur künstlich herstellbare Elemente entdeckt worden. Die Reihe geht von Neptunium – mit der Ordnungszahl 93 – bis hin zu Element 116, das noch keinen Namen erhalten hat.

Hassium (lat. Hessen) mit der Ordnungszahl 108 wurde 1984 im hessischen Darmstadt entdeckt, doch erst viele Jahre später chemisch untersucht. Der erstmalige Nachweis seiner besonderen chemischen Eigenschaften und damit die Einreihung ins Periodensystem gelang einer internationalen Forschergruppe unter der Leitung von Professor Heinz Gäggeler vom Paul Scherrer Institut und der Universität Bern. Über die Ergebnisse berichtet das britische Wissenschaftsmagazin Nature in seiner jüngsten Ausgabe.

Bei ihren Untersuchungen konnten die Wissenschafter zeigen, dass sich das schwere Hassium mit Sauerstoff zu einem flüchtigen Gas verbindet. Mit dieser Eigenschaft ähnelt das Metall den leichteren Elementen Osmium und Ruthenium. Diese chemisch verbündeten Metalle sind in der achten Gruppe des Periodensystems angesiedelt und gehen Sauerstoffverbindungen ein, die mit höherer Ordnungszahl des Elements immer flüchtiger werden. Zu der Gruppe gehört nun auch Hassium, das schwerste unter den bisher chemisch analysierten Elementen.

Sieben Hassium-Atome genügten für Experimente
Der Nachweis der flüchtigen Hassium-Atome war anspruchsvoll, ist doch das Element 108 schwierig herzustellen. Erforderlich für das Hauptexperiment war der leistungsstarke Schwerionenbeschleuniger in Darmstadt. Die Anlage schoss Magnesium-26-Ionen auf ein Target aus hoch radioaktivem Curium-248, wo in einer Verschmelzungsreaktion (Fusion) Hassium-Atome entstanden – ganze sieben an der Zahl, die jedoch instabil sind und nach wenigen Sekunden durch Aussenden von Helium-Atomkernen in Atome tieferer Ordnungszahlen zerfallen.

Mit einem ausgeklügelten Verfahren wurden die einzelnen Hassium-Atome mit Sauerstoff verbunden und durch 36 Siliziumdetektoren geschleust. Damit sich die wenigen flüchtigen Atome auf einer der hauchdünnen Schichten in einem Detektor absetzten und einen Stromimpuls auslösten, mussten tiefe Temperaturen herrschen – zwischen minus 20 und minus 170 Grad Celsius. Die speziellen, am PSI entwickelten Halbleiter dienen den Forschern als Detektoren für weitere Expeditionen in die Chemie noch schwererer Elemente. (Quelle: Nature, Band 418, Seiten 859 – 862)

Weitere Fachauskünfte:
Prof. Dr. Heinz Gäggeler, Leiter Bereich TEM und Labor für Radiochemie
Tel. 056 310 24 04, 079 263 26 07;  heinz.gaeggeler@psi.ch