Kernchemie
DieKernchemie,auchNuklearchemiegenannt, ist wie dieRadiochemieder Teil der Chemie, derradioaktiveStoffe zum Gegenstand hat. Insbesondere befasst sie sich mit der technischen Durchführung vonAnalysenundSynthesenunter Beachtung desStrahlenschutzesund oft knapper Zeitvorgaben. Anwendungsgebiete sind die Grundlagenforschung, die industrielle Produktion, die medizinische Diagnostik und Therapie (sieheNuklearmedizin) und dieUmweltanalytik.
Geschichte
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Historisch gesehen waren es Chemiker, die als erste die entweder natürlich auftretenden Alpha-Zerfallsreihen(ausgehend von den radioaktiven Th- und U-Isotopen) oder (kernphysikalisch) induzierte Kernreaktionen untersuchten. Die dabei auftretenden Umwandlungen vonElementen(Transmutation,der uralte Traum derAlchemisten) ließen sich nur mit hochentwickelten chemischen Analysemethoden studieren, insbesondere da die Reaktionsprodukte oft nur in minimalen Mengen vorkommen. Als Beispiele seien die Abtrennung vonRadiumundPoloniumausPechblendedurch die ChemikerinMarie Curieund ihren Ehemann, den PhysikerPierre Curiesowie die Entdeckung derKernspaltungdurch die ChemikerOtto HahnundFritz Straßmanngenannt.
Kernchemische Grundlagenforschung
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Zerfallsreihen
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Beim Kernzerfall einesNuklidsentsteht oft kein stabiles Zerfallsprodukt, sondern ein ebenfalls radioaktives Nuklid. Das bedeutet, dass selbst aus einemisotopenreinenElement mit der Zeit ein Gemisch mehrerer Elemente entsteht. Die von einem solchen Gemisch ausgehende Strahlung ist naturgemäß schwerer zu identifizieren als diejenige eines einzelnen Elements. Durch eine chemische Trennung der Elemente voneinander können anschließend die einzelnen Elemente anhand ihrer Strahlung identifiziert werden. Auch lässt sich dadurch derReaktionsmechanismusklären, also in welcher Reihenfolge die verschiedenen Zerfallsarten erfolgen. Das Ergebnis ist eineZerfallsreihe.Die Kernchemie ermöglicht damit die Zuordnung der Strahlung zu einem bestimmten Nuklid.
Äußere Einflüsse auf Halbwertszeit
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Im Fall des radioaktiven Zerfalls durchElektroneneinfanggibt es messbare Einflüsse äußerer Bedingungen wie Aggregatzustand, Druck oder chemischer Bindung auf dieHalbwertszeit,denn die Zerfallsrate hängt hier neben den inneren Eigenschaften des Mutterkerns auch von der Aufenthaltswahrscheinlichkeit der Elektronen am Ort des Kerns ab.[1]
Ein seit dem Ende der 1940er Jahre diskutierter Fall ist der EC-Zerfall des Be-7 zu Li-7.[2]T. Ohtsuki und Kollegen untersuchten die Halbwertszeit von radioaktivem Be-7 zum einen in Be-Metall und zum anderen in C60-Käfigen (Buckminster-Fulleren). Sie fanden die Halbwertszeiten 52,68 ± 0,05 Tage (Metall) und 53,12 ± 0,05 Tage (C60), d. h. eine Differenz von 0,83 %.[3]
Unter extremen Druckverhältnissen, wie sie in den äußeren Schichten vonNeutronensternenoder kurzzeitig während Teilchenkollisionen in irdischenTeilchenbeschleunigernauftreten, sind auch sonst instabile, neutronenreiche Eisenisotope stabil.[4]
Fortführung des Periodensystems
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Bei den Elementen mit Ordnungszahlen größer etwa 100 könnten durch quantenmechanische Effekte Umordnungen imPeriodensystemauftreten. Es ist daher ein aktuelles Forschungsthema der Kernchemie, die chemischen Eigenschaften der schwersten bisher synthetisierten Elemente zu ermitteln.[5]Dabei müssen physiko-chemische Experimente mit teilweise nur einem Atom durchgeführt werden. Die schwersten bisher untersuchten Elemente (Dubnium,Seaborgium,Bohrium) zeigen noch keine fundamentalen Änderungen gegenüber ihren Homologen (Ta, W, Re).
Literatur
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]Einzelnachweise
[Bearbeiten|Quelltext bearbeiten]- ↑G. T. Emery:Perturbation of Nuclear Decay Rates.In:Annual Review of Nuclear Science.Band22,Nr.1,Dezember 1972,ISSN0066-4243,S.165–202,doi:10.1146/annurev.ns.22.120172.001121(englisch,annualreviews.org[abgerufen am 26. Mai 2023]).
- ↑E. Segrè,C. E. Wiegand:Experiments on the Effect of Atomic Electrons on the Decay Constant of Be 7.In:Physical Review.Band75,Nr.1,1. Januar 1949,ISSN0031-899X,S.39–43,doi:10.1103/PhysRev.75.39(englisch,aps.org[abgerufen am 26. Mai 2023]).
- ↑T. Ohtsuki, H. Yuki, M. Muto, J. Kasagi, K. Ohno:Enhanced Electron-Capture Decay Rate of B 7 e Encapsulated in C 60 Cages.In:Physical Review Letters.Band93,Nr.11,9. September 2004,ISSN0031-9007,doi:10.1103/PhysRevLett.93.112501(englisch,aps.org[abgerufen am 26. Mai 2023]).
- ↑Jérôme Novak:Neutronensterne: ultradichte Exoten.In:Spektrum der Wissenschaft.März, 23. Februar 2004 (spektrum.de[abgerufen am 26. Mai 2023] Der Artikel ist hinter einer Paywall.).
- ↑Matthias Schädel:Chemie superschwerer Elemente.In:Angewandte Chemie.Band118,Nr.3,9. Januar 2006,ISSN0044-8249,S.378–414,doi:10.1002/ange.200461072(wiley[abgerufen am 26. Mai 2023]).