studie einsteinium onthult trends en patronen in periodiek systeem
Onderzoekers van het Berkeley Laboratorium in de VS voerden metingen uit bij het metaal einsteinium, een zeldzaam element onderin het periodiek systeem. De onderzoekers hebben het element gebonden aan organische moleculen in een zogenoemd complex.
De metingen lieten zien dat einsteinium zich anders gedraagt dan de elementen die ervoor komen in het periodiek systeem. Zo heeft einsteinium in het complex een driewaardig positieve lading – het ‘mist’ drie negatief geladen elektronen – terwijl alle voorgangers in de rij een tweewaardig postieve lading hebben. Dat heeft een grote invloed op de bindingslengte. De metingen zijn dan ook vooral interessant voor de buren van einsteinium in het periodiek systeem, legt ze uit. „De studie laat trends en patronen in het periodiek systeem zien.”
Ingewikkeldere versies
Het periodiek systeem is een schema van alle bekende atomen, geordend op volgorde van massa. De positie van een atoom in het periodiek systeem verraadt veel over de eigenschappen ervan. Komt een element later in het schema voor, dan bestaat de kern uit meer positief geladen protonen, en zal de kern dus harder aan negatief geladen elektronen rondom de kern trekken. Ingewikkeldere versies van het periodiek systeem geven ook informatie over de positie van elektronen in het atoom – belangrijke informatie voor de vorming van chemische bindingen.
Het periodiek systeem is middelbareschoolscheikunde, toch ontbreekt nog veel kennis. Hoe dieper je het stelsel induikt, hoe mysterieuzer de elementen worden. Naarmate de atoomkernen zwaarder worden, worden de elementen ook instabieler, en zijn ze dus moeilijker te meten.
Last van de pandemie
Einsteinium werd in 1952 voor het eerst aangetroffen in vliegtuigen die door de explosiewolk van de eerste waterstofbom vlogen. Het werd vernoemd naar Albert Einstein, die vlak voor de bekendmaking overleed. Het element behoort tot de zogeheten actiniden in de zevende rij van het periodiek systeem. Einsteinium is radioactief: dat betekent dat het snel uit elkaar valt in kleinere atomen, waarbij schadelijke straling vrijkomt.
De onderzoekers werkten met een minieme hoeveelheid van het element: minder dan 200 nanogram (een nanogram is een miljardste gram). Alleen de nieuwste meetapparaten kunnen zo weinig stof waarnemen. De onderzoekers kregen het element van het Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, dat in een geavanceerde kernreactor neutronen op radioactieve atoomkernen afschiet. Die vervallen in een kettingreactie tot einsteinium. De onderzoekers van het Berkeley lab lieten het element een complex vormen met organische moleculen, zodat het stabieler werd. Ze bewaarden het bij -197°C.
Het onderzoek verliep verre van voorspoedig, vertelt Abergel. De groep ontving het element met een vervuiling met het atoom californium. Daarom moest de meetmethode snel worden aangepast zodat uitsluitend einsteinium gedetecteerd kon worden. Vervolgens was er een ongeluk bij een ander onderzoek, waarbij een sterk radioactieve stof rondom de meetinstrumenten kwam te liggen. Kostbare labtijd ging verloren, tot in februari en maart eindelijk de belangrijkste metingen werden gedaan. Toen gooide de pandemie roet in het eten, en sloot het hele lab. Bij terugkomst in de zomer was er nog nauwelijks einsteinium over.
Theoretisch chemici zullen met interesse naar de nieuwe data kijken, zegt Luuk Visscher. Hij is hoofd van de groep theoretische chemie aan de Vrije Universiteit Amsterdam. „Theoretici proberen op basis van theorie op computers te voorspellen hoe chemie eruitziet. Het is een grote uitdaging om metingen te doen aan zulke kleine hoeveelheden stof. Nu deze data beschikbaar zijn, kunnen we de stof theoretisch bekijken.”
Bron: NRC
