Flerovium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Flerovium kommt in der Natur nicht vor. Sämtliche bekannten Isotope sind radioaktiv. Für das langlebigste gesicherte Isotop, Flerovium-289, nennt die Literatur eine Halbwertszeit von rund zwei Sekunden, doch der Wert stützt sich auf wenige Atome.

Im Dezember 1998 beobachtete eine Gruppe um Juri Oganessjan am Flerov-Laboratorium des Vereinigten Instituts für Kernforschung in Dubna das erste Atom, entstanden beim Beschuss von Plutonium-244 mit Calcium-48. Die Veröffentlichung folgte 1999. Anerkannt wurde die Entdeckung erst 2011, und zwar für Dubna und das Lawrence Livermore National Laboratory auf Grundlage späterer Versuche.

Das Verfahren, mit dem Dubna zum Flerovium und zu den vier schwereren Elementen kam, heißt heiße Fusion. Die kalte Fusion mit Targets aus Blei oder Bismut, genutzt in Darmstadt und in Japan, kam beim Nihonium an ihre Grenze, weil die Ausbeute zu stark sank. Bei der heißen Fusion beschießt man stattdessen ein Target aus einem Actinoid, etwa Plutonium-244, mit Calcium-48. Dieses Isotop ist besonders günstig, denn es hat 20 Protonen und 28 Neutronen, beides magische Zahlen. Es ist ein fest gebundener, neutronenreicher Kern. Verschmilzt er mit einem Plutoniumkern aus 94 Protonen, entsteht ein Kern mit 114 Protonen, der seine überschüssige Energie durch das Abdampfen von drei oder vier Neutronen loswird. Aus 244 und 48 Kernteilchen werden so nach drei Neutronen 289: Flerovium-289.

Dieselbe Rechnung führt mit Americium (95 Protonen) zum Moscovium, mit Curium (96) zum Livermorium, mit Berkelium (97) zum Tenness und mit Californium (98) zum Oganesson. Die Grenzen liegen im Material. Calcium-48 macht nur knapp zwei Promille des natürlichen Calciums aus und muss angereichert werden. Das Targetmaterial stammt vor allem aus Reaktoren in den USA, etwa in Oak Ridge. Oft entsteht nur ein Atom in Tagen bis Wochen Strahlzeit.

Der Name ehrt das Flerov-Laboratorium für Kernreaktionen, das nach seinem Gründer Georgi Fljorow (1913–1990) benannt ist. Fljorow wies 1940 mit Konstantin Petrschak die spontane Spaltung von Urankernen nach.

Eigenschaften und Reaktionen

Flerovium steht in Periode 7 und Gruppe 14, unter dem Blei. Darüber folgen Zinn, Germanium, Silicium und Kohlenstoff. Vorhergesagt wird die Elektronenkonfiguration [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p² mit 4 Valenzelektronen: zwei im 7s- und zwei im 7p-Orbital. Als Atommasse ist 289 u angegeben, die Massenzahl von Flerovium-289. Messwerte für Schmelzpunkt, Siedepunkt und Dichte gibt es nicht.

Lange erwartete man bei 114 Protonen und 184 Neutronen eine besonders stabile Kernschale und damit die Insel der Stabilität, einen erhofften Bereich langlebigerer Kerne. Die bekannten Isotope haben noch einige Neutronen zu wenig und liegen deshalb noch nicht auf dieser Insel. Wo die Schale genau liegt, ist offen, denn neuere Rechnungen nennen für die Protonen auch andere Zahlen.

Nach der Gruppe erwartet man ein Metall wie das Blei. Relativistische Effekte ändern das Bild, denn sie spalten das 7p-Niveau auf. Beim Flerovium füllen die zwei 7p-Elektronen das tiefere, fester gebundene Teilniveau vollständig, sodass das Atom wie eines mit abgeschlossener Schale wirkt. Es sollte deshalb nur schwach binden und leicht flüchtig sein, vielleicht sogar edelgasähnlich. Berechnete Schmelz- und Siedepunkte streuen stark und reichen von einem Gas bis zu einem leicht schmelzenden Metall.

Gasphasenexperimente mit einzelnen Atomen auf Gold haben das geprüft. Erste Ergebnisse aus Dubna sprachen für eine sehr schwache Wechselwirkung, also für edelgasähnliches Verhalten. Spätere Messungen am GSI in Darmstadt fanden eine schwache, aber nachweisbare Bindung und ließen Flerovium als sehr flüchtiges Metall erscheinen. Die Deutung bleibt umstritten, auch weil immer nur wenige Atome beobachtet wurden. Von den einzelnen Atomen geht keine Gefahr aus.

Forschung und Herstellung

Flerovium wird nur in der Grundlagenforschung untersucht und hat keine Anwendung. Im Mittelpunkt stehen die Insel der Stabilität und die Frage, ob die Ordnung nach Gruppen auch bei so stark relativistischen Atomen noch gilt.

Für Kernphysiker ist Flerovium ein Prüfstein der Modelle. Aus den Isotopen und ihren Zerfallsketten lässt sich ablesen, wie die Stabilität mit der Neutronenzahl wächst.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Flerovium (Fl)?

Häufige Fragen