Bh · Element 107 · Übergangsmetall
Ein superschweres Element, dessen Chemie, Atom für Atom untersucht, sich wie für Gruppe 7 vorhergesagt verhält.
Struktur
Kein Diagramm aus Punkten auf Ringen — eine Monte-Carlo-Stichprobe der tatsächlichen Wahrscheinlichkeitsdichte |ψ|² für jede besetzte Unterschale. Ziehen Sie, um die Ansicht zu drehen. Blau und Violett kennzeichnen entgegengesetzte Vorzeichen der Wellenfunktion, wodurch Bindungen möglich werden.
Gemessene Werte
Jeder Balken zeigt, wo Bohrium bei dieser Eigenschaft unter allen 118 Elementen steht.
Quellen: IUPAC 2021 Standard-Atomgewichte · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Werte mit ~ sind vorhergesagt und nicht gemessen.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 247 pm — das entspricht 0,247 nm; etwa 2,02 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Keiner der beiden Übergänge wurde für Bohrium gemessen — gleichzeitig haben nie genügend Atome existiert.
Wo es steht
Die Geschichte
Ein superschweres Element, dessen Chemie, Atom für Atom untersucht, sich wie für Gruppe 7 vorhergesagt verhält.
Bohrium wurde 1981 erstmals von einem Team deutscher Wissenschaftler unter der Leitung von Peter Armbruster und Gottfried Münzenberg am GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt, Deutschland, synthetisiert. Dabei wurde eine fortschrittliche Schwerionenbeschleunigertechnik eingesetzt. Für die Entdeckung wurden Bismut-209-Ziele mit auf extrem hohe Energien beschleunigten Chrom-54-Ionen beschossen. Durch Kernfusionsreaktionen entstand Bohrium-262. Das deutsche Team verwendete hochentwickelte Nachweisgeräte, um die charakteristischen Zerfallssignaturen von Bohriumatomen zu identifizieren und so die Erzeugung des Elements 107 durch eine sorgfältige Analyse radioaktiver Zerfallsketten zu bestätigen. Das Element erhielt zunächst den vorläufigen Namen „Unnilseptium“ (lateinisch für „eins-null-sieben“), entsprechend den systematischen Benennungskonventionen der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) für unentdeckte Elemente. Das deutsche Forschungsteam schlug den Namen „Bohrium“ zu Ehren des dänischen Physikers Niels Bohr vor, der grundlegende Beiträge zur Atomtheorie und Quantenmechanik geleistet hatte. Die Benennung des Elements 107 wurde jedoch kontrovers, als ein sowjetisches Team am Joint Institute for Nuclear Research in Dubna behauptete, das Element bereits 1976 synthetisiert zu haben, und den Namen „Nielsbohrium“ vorschlug. Der Streit über Priorität und Benennung dauerte Jahre. Beide Teams legten Belege für ihre Ansprüche vor, während die wissenschaftliche Gemeinschaft die experimentellen Daten sorgfältig bewertete. IUPAC erkannte letztlich den Anspruch des deutschen Teams auf Grundlage der Qualität und Reproduzierbarkeit seiner experimentellen Belege an und nahm 1997 offiziell den Namen „Bohrium“ mit dem Symbol „Bh“ an. Die Entdeckung von Bohrium war eine bedeutende Errungenschaft in der Forschung zu superschweren Elementen und zeigte, dass Elemente an den äußersten Grenzen der Kernstabilität erzeugt und identifiziert werden können. An der Zusammenarbeit waren mehrere Einrichtungen beteiligt; sie repräsentierte jahrelange technologische Entwicklungen in der Beschleunigerphysik und bei Verfahren zum Nachweis von Kernreaktionen. Diese Entdeckung ebnete den Weg für die Synthese noch schwererer Elemente und erweiterte unser Verständnis der grundlegenden Grenzen der Atomstruktur.
Anwendungen
Bohrium ist ein synthetisches superschweres Element mit extrem kurzer, in Sekunden gemessener Halbwertszeit und hat derzeit außerhalb der Grundlagenforschung keine praktischen Anwendungen. Das Element existiert ausschließlich, um unser Verständnis der Kernphysik, der Atomstruktur und der theoretischen Grenzen der Materie zu erweitern. Forschungseinrichtungen nutzen Bohrium, um die Eigenschaften superschwerer Elemente zu untersuchen und theoretische Vorhersagen über die Kernstabilität sowie die sogenannte „Insel der Stabilität“ zu überprüfen, in der bestimmte superschwere Atomkerne möglicherweise längere Halbwertszeiten haben. Das Element dient als wichtiger Prüfstein für Kernmodelle, die das Verhalten von Materie unter extremen Bedingungen vorhersagen, und hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie Protonen und Neutronen in sehr schweren Atomkernen miteinander wechselwirken. Die Bohriumforschung erweitert unser Wissen über die Schalenstruktur des Atomkerns und die magischen Zahlen, die die Kernstabilität bestimmen, und liefert Erkenntnisse, die zur Entdeckung langlebigerer superschwerer Elemente führen könnten. Die Untersuchung der chemischen Eigenschaften von Bohrium ist wegen seiner kurzen Halbwertszeit äußerst schwierig, hilft jedoch dabei, theoretische Vorhersagen über das chemische Verhalten superschwerer Elemente und ihre Einordnung im Periodensystem zu überprüfen. Diese Forschung ist für das Verständnis der grundlegenden Grenzen der Atomstruktur von Bedeutung und für die Frage, ob stabile superschwere Elemente mit für künftige Technologien nützlichen Eigenschaften existieren könnten. Die für den Nachweis und die Untersuchung von Bohrium entwickelten Techniken haben die Instrumentierung und Methodik der Kernphysik vorangebracht und zur Verbesserung der Teilchendetektion und der nuklearen Analyse beigetragen. Obwohl Bohrium selbst derzeit keine praktischen Anwendungen hat, trägt das aus seiner Untersuchung gewonnene Wissen zu Forschungsarbeiten in der Kernphysik bei, auf denen viele wichtige Technologien beruhen, darunter Kernenergie, medizinische Isotope und Materialwissenschaft. Künftige Anwendungen könnten entstehen, wenn langlebigere Isotope von Bohrium oder verwandte superschwere Elemente entdeckt werden, die möglicherweise einzigartige Eigenschaften für spezialisierte technologische Anwendungen besitzen. Die Untersuchung des Elements trägt außerdem zu unserem Verständnis der stellaren Nukleosynthese und der Prozesse bei, durch die im Universum schwere Elemente entstehen.
Bohrium hat wegen seiner extrem kurzen Halbwertszeit und der winzigen Mengen, die in Teilchenbeschleunigern erzeugt werden können, keine praktischen Anwendungen im Alltag oder in der Industrie. Das Element wird ausschließlich in der fortgeschrittenen Kernphysik an großen wissenschaftlichen Einrichtungen mit Schwerionenbeschleunigern verwendet. Forschungslaboratorien untersuchen Bohrium, um die grundlegenden Eigenschaften superschwerer Elemente zu verstehen und theoretische Modelle der Kernstruktur zu überprüfen. Das Element dient als Vergleichsgröße zur Validierung computergestützter Modelle, die das Verhalten von Materie an den Grenzen der Atommasse vorhersagen. Kernphysiker nutzen die Bohriumforschung, um die theoretische „Insel der Stabilität“ zu erforschen, in der superschwere Elemente möglicherweise längere Halbwertszeiten und potenziell nützliche Eigenschaften haben. Die Untersuchung von Bohrium trägt zur Weiterentwicklung der Teilchenbeschleunigertechnik und der Nachweisverfahren für seltene Kernereignisse bei. Bildungseinrichtungen verwenden Bohrium als Lehrbeispiel für moderne Kernphysik und die fortdauernde Suche nach den Grenzen der Atomstruktur. Wissenschaftliche Veröffentlichungen und Datenbanken stützen sich auf die Bohriumforschung, um theoretische Modelle der Kernphysik und Chemie zu aktualisieren und zu verfeinern. Internationale Kooperationen untersuchen Bohrium, um das weltweite Verständnis der Synthese und der Eigenschaften superschwerer Elemente zu erweitern. Die Entdeckung und Untersuchung des Elements zeigen die Leistungsfähigkeit moderner kernphysikalischer Einrichtungen und der internationalen wissenschaftlichen Zusammenarbeit. Bohrium selbst kann zwar nicht praktisch genutzt werden, doch die Erforschung seiner Eigenschaften bringt die Grundlagenwissenschaft voran, auf der viele nukleare Technologien beruhen. Die für die Bohriumforschung entwickelten Methoden tragen durch ein besseres Verständnis nuklearer Prozesse zu Verbesserungen in der Nuklearmedizin, der Kernenergie und der Materialwissenschaft bei.
Woher es stammt
0 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 0 % der Elemente
Bohrium kommt auf der Erde nicht natürlich vor und muss in Teilchenbeschleunigern durch Kernfusionsreaktionen künstlich erzeugt werden. Dadurch gehört es zu den seltensten Stoffen, die mit menschlicher Technologie hergestellt werden können. Das Element wird synthetisiert, indem schwere Zielkerne mit leichteren Projektilkernen bei extrem hohen Energien beschossen werden. Typischerweise werden dabei Bismut-209-Ziele und Chrom-54-Projektile verwendet, um durch Kernfusion Bohrium-262 zu erzeugen. Die Herstellung von Bohrium erfordert hochentwickelte Teilchenbeschleunigeranlagen, die Ionen auf genau festgelegte Energien beschleunigen und mit außergewöhnlicher Präzision auf Zielmaterialien richten können. Selbst mit der fortschrittlichsten Beschleunigertechnik können jeweils nur wenige Atome Bohrium erzeugt werden, sodass es unmöglich ist, messbare Mengen des Elements anzusammeln. Das stabilste bekannte Isotop, Bohrium-270, hat eine Halbwertszeit von ungefähr 61 Sekunden. Das bedeutet, dass innerhalb von etwa einer Minute nach der Entstehung die Hälfte jeder Probe zerfallen ist. Andere Isotope von Bohrium haben noch kürzere Halbwertszeiten; einige bestehen nur wenige Millisekunden, bevor sie radioaktiv zerfallen. Die extreme Seltenheit des Elements bedeutet, dass jede Bohriumforschung an einzelnen Atomen oder sehr kleinen Atomzahlen durchgeführt werden muss und eine äußerst empfindliche Nachweisausrüstung erfordert. Produktionsanlagen für Bohrium gibt es weltweit nur an wenigen Standorten, darunter das GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Deutschland und das RIKEN-Labor in Japan. Aufgrund seines synthetischen Ursprungs besitzt Bohrium keine geologische Verbreitung und keine natürlichen Lagerstätten, sondern existiert nur in der kontrollierten Umgebung kernphysikalischer Laboratorien. Die Umweltkonzentrationen von Bohrium sind praktisch null, da das Element wegen seines schnellen radioaktiven Zerfalls in der Natur nicht bestehen kann. Die gesamte von der Menschheit jemals erzeugte Menge Bohrium wäre viel zu klein, um sie mit bloßem Auge zu sehen; vermutlich wurden über Jahrzehnte der Forschung nur wenige tausend Atome erzeugt. Die künftige Produktion könnte mit dem Fortschritt der Beschleunigertechnik zunehmen, doch Bohrium wird wahrscheinlich eines der seltensten der Wissenschaft bekannten Elemente bleiben.
Handhabung
Bohrium ist radioaktiv. Es besitzt kein stabiles Isotop — jeder Atomkern zerfällt. Die Handhabung erfordert eine geeignete Abschirmung und Genehmigungen.
Bohrium stellt wegen seiner extremen Radioaktivität besondere Sicherheitsanforderungen. Die hauptsächliche Gefahr geht jedoch nicht vom Element selbst aus, sondern von der hochenergetischen Strahlung und den nuklearen Prozessen, die mit seiner Herstellung und Untersuchung verbunden sind. Die intensive Radioaktivität des Elements erfordert spezielle Strahlenschutzmaßnahmen und Einschlusssysteme für den Umgang mit stark radioaktiven Materialien in Forschungsumgebungen. Personen, die mit Bohrium arbeiten, müssen geeignete Strahlungsüberwachungsgeräte tragen und strenge Verfahren zur Verringerung der Exposition gegenüber ionisierender Strahlung befolgen. Wegen der kurzen Halbwertszeit zerfallen Bohriumproben schnell in andere radioaktive Elemente. Dadurch entsteht ein komplexes Gemisch von Zerfallsprodukten, das sorgfältig überwacht und eingeschlossen werden muss. Anlagen zur Herstellung von Bohrium müssen mit hochentwickelter Strahlenabschirmung, Belüftung und Abfallentsorgung ausgestattet sein, die für stark radioaktive Materialien ausgelegt sind. Das wichtigste Sicherheitsproblem ist nicht der direkte Kontakt mit Bohriumatomen, die in so kleinen Mengen vorkommen, dass sie vernachlässigbar sind, sondern die Exposition gegenüber den intensiven Strahlungsfeldern, die bei seiner Herstellung und seinem Zerfall entstehen. Beschäftigte in Bohriumforschungseinrichtungen müssen eine spezielle Schulung in Strahlenschutz und Notfallmaßnahmen für Zwischenfälle mit radioaktivem Material absolvieren. Die Forschungsumgebung erfordert eine kontinuierliche Überwachung der Strahlungswerte und die strikte Einhaltung der ALARA-Grundsätze (As Low As Reasonably Achievable) zur Begrenzung der Strahlenexposition. Für mögliche Unfälle mit radioaktiver Kontamination oder Geräteausfällen in Beschleunigeranlagen müssen Notfallverfahren vorhanden sein. Abfälle aus der Bohriumforschung erfordern wegen des Vorhandenseins verschiedener radioaktiver Zerfallsprodukte mit unterschiedlichen Halbwertszeiten eine langfristige Lagerung und Überwachung. Die äußerst kleinen Mengen des erzeugten Bohriums bedeuten, dass die herkömmliche chemische Toxizität keine wesentliche Gefahr darstellt; der Strahlenschutz bleibt jedoch von größter Bedeutung. Schwangere und Personen unter 18 Jahren sind in der Regel von Bereichen ausgeschlossen, in denen Bohriumforschung durchgeführt wird, da sie empfindlicher auf Strahlung reagieren.
Schnelle Antworten
Bohrium (Symbol Bh) ist Element 107 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in der 7, Gruppe 7. Ein superschweres Element, dessen Chemie, Atom für Atom untersucht, sich wie für Gruppe 7 vorhergesagt verhält. Bei Raumtemperatur ist es fest und radioaktiv.
[Rn] 5f¹⁴ 6d⁵ 7s²; sie ergibt 7 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 32, 32, 13, 2.Bohrium hat kein stabiles Isotop und daher keine Standardatommasse. Die angegebene Zahl 272 ist die Massenzahl seines langlebigsten bekannten Isotops.
Für Bohrium wird eine Dichte von etwa 37.1 g/cm³ vorhergesagt, obwohl noch nie eine ausreichend große Probe zum Wiegen hergestellt wurde. Zum Vergleich: Wasser hat eine Dichte von 1.0 g/cm³.
Bohrium wurde 1981 von GSI Darmstadt entdeckt. Es ist nach niels Bohr benannt.
Bohrium kommt auf der Erde in keiner nennenswerten Menge natürlich vor — es wird in einem Reaktor oder einem Teilchenbeschleuniger hergestellt.
Ja. Bohrium hat kein stabiles Isotop — jeder seiner Atomkerne zerfällt. Es kommt in der Natur nicht in nutzbaren Mengen vor und muss synthetisiert werden.