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7. Dezember 2018

Erste Ionisationspotentiale von Fm, Md, No, und Lr:
Auffüllen der 5f Elektronenschale und Bestätigung des Abschlusses der Actinidenserie

In einem aktuellen Artikel in der Fachzeitschrift Journal of the American Chemical Society (JACS), berichten wir über das erste Ionisationspotential der schweren Actinidenelemente Fermium (Fm, Ordnungszahl Z = 100), Mendelevium (Md, Z = 101), Nobelium (No, Z = 102) und Lawrencium (Lr, Z = 103).

Periodic Table

Aktuelles Periodensystem. Die Positionen der untersuchten Elemente am Ende der Actinidenserie ist hervorgehoben.
© B. Schausten, GSI
    JAEA_surface

Die Oberflächenionenquelle bei JAEA Tokai, Japan: graues Tantal-Röhrchen in der Bildmitte, umwickelt von zwei Heizfilamenten.
© JAEA

Das erste Ionisationspotential (IP1) gibt an, wieviel Energie aufgewendet werden muss, um das am schwächsten gebundene Elektron von einem neutralen Atom zu entfernen und ist damit eine sehr fundamentale Eigenschaft jedes chemischen Elements. Die IP1-Werte wurden an einem Online-Massenseparator in Einzelatomexperimenten mit einer Technik ermittelt, die auf der Oberflächenionisation in einem Tantal-Ionisator beruht. Die Effizienz der Oberflächenionisation hängt direkt vom IP1 ab. Die gemessenen IP1-Werte stimmen gut mit Werten überein, die ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit mit fortschrittlichen relativistischen theoretischen Modellen berechnet wurden. Der für Nobelium gemessene Wert ist auch im Einklang mit Laserspektroskopischen Messungen an der GSI die in der Gruppe von Prof. Michael Block durchgeführt wurde.
In Analogie zum wohlbekannten Verhalten der schweren Lanthanide, nehmen auch bei den Actiniden die IP1 -Werte mit zunehmendem Auffüllen des 5f Orbitals bis zum Nobelium zu, während das Lawrencium den geringsten Wert aller Actinide aufweist. Diese Resultate zeigen deutlich, dass das 5f-Orbital im Nobelium mit der Elektronenkonfiguration [Rn]5f147s2 vollständig gefüllt ist, und dass Lawrencium ein schwach gebundenes Elektron ausserhalb der Nobeliumkonfiguration hat. Entsprechend den Verhältnissen in der Lanthanidenserie zeigen die aktuellen Ergebnisse, dass die Actinidenserie beim Lawrencium endet.
Die Experimente wurden von unseren Kollaborationspartnern am JAEA Tokai in Japan , geleitet und am JAEA Tandembeschleuniger durchgeführt, in Zusammenarbeit mit internationalen Partnern mit Mitgliedern unserer Gruppe.