Lawrencium – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

In der Natur findet man Lawrencium nicht. Kein bekanntes Isotop ist stabil. Das langlebigste, Lawrencium-266, halbiert sich nach mehreren Stunden, viele andere schon nach Sekunden oder Minuten.

Entdeckt wurde es 1961 in Berkeley in Kalifornien. Ein Team um Albert Ghiorso beschoss ein Target aus Californium mit Bor-Ionen und wies einen neuen Alphastrahler nach. Die Zuordnung dieser ersten Messung musste später korrigiert werden, und auch in Dubna entstanden in den Sechzigerjahren eigene Ergebnisse. Das Elementsymbol lautete anfangs Lw und wurde danach zu Lr geändert.

Der Name erinnert an Ernest Lawrence, den Erfinder des Zyklotrons. Dieser Kreisbeschleuniger für geladene Teilchen machte es möglich, neue Elemente durch Beschuss herzustellen.

Heute entstehen Lawrencium-Atome, wenn man schwere Ionen auf Actinoid-Targets lenkt, oder man findet sie als Tochterkerne beim Zerfall noch schwererer Elemente. Die Ausbeute liegt bei einzelnen Atomen.

Eigenschaften und Reaktionen

Lawrencium steht in Periode 7 und ist das fünfzehnte Actinoid, in der Actinoidenzeile rechts von Nobelium. Darüber, in der Lanthanoidenzeile, steht das Lutetium. Fast alle Eigenschaften sind nicht gemessen, sondern vorhergesagt. Das gilt für die Elektronegativität von 1,3, die nur eine Schätzung ist, und für den Schmelzpunkt von 1627 °C, der ebenfalls nur geschätzt ist. Die Atommasse 266 u gehört zu Lawrencium-266.

Die Elektronenkonfiguration [Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹ ist eine Vorhersage. Auffällig ist das 7p-Elektron. Beim Lutetium sitzt das äußerste Elektron in einem 5d-Orbital, beim Lawrencium erwartet man stattdessen ein 7p-Orbital. Als Ursache gelten relativistische Effekte: Bei der hohen Kernladung erreichen Elektronen in Kernnähe einen großen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit. Das 7p-Orbital reicht nah an den Kern heran, und dadurch sinkt seine Energie unter die des 6d-Niveaus. 2015 maß ein Team der japanischen Atomenergiebehörde erstmals die Ionisierungsenergie von Lawrencium. Der Wert liegt knapp unter fünf Elektronenvolt, niedriger als bei allen anderen Lanthanoiden und Actinoiden, und stimmt mit den relativistischen Rechnungen überein.

In Lösung tritt Lawrencium nach Ionenaustausch-Versuchen als dreifach positives Ion auf, wie das Lutetium. Damit hängt die Debatte um Gruppe 3 zusammen. Manche Tabellen setzen unter Scandium und Yttrium das Lanthan und das Actinium, andere das Lutetium und das Lawrencium. Argumente der Elektronenstruktur sprechen eher für die zweite Variante, und 2021 empfahl sie auch ein vorläufiger Bericht einer IUPAC-Arbeitsgruppe. Verbindlich festgelegt hat die IUPAC die Frage nicht. Je nach Darstellung steht Lawrencium daher am Ende der Actinoidenzeile oder in Gruppe 3.

Forschung und Herstellung

Außerhalb der Forschung wird Lawrencium nicht gebraucht. Weil es so schwer zugänglich ist, dient es als Prüfstein für die Frage, wie gut die Theorie das Ende der Actinoidenreihe beschreibt.

Die Messung von 2015 zeigt, wie aufwendig das ist. Sie gelang mit dem Isotop Lawrencium-256, dessen Halbwertszeit nur rund eine halbe Minute beträgt. Die Atome wurden in einem Gasstrom aufgefangen, an einer heißen Metalloberfläche ionisiert und einzeln gezählt. Ein Experiment dauert Tage, und pro Stunde kommen nur wenige Atome an.

Vom Lawrencium selbst geht wegen der winzigen Menge keine Gefahr aus. Strahlenschutz braucht man vor allem an den Beschleunigern.

Kurz gefragt

Welche Ordnungszahl hat Lawrencium (Lr)?

Häufige Fragen