Cn · Element 112 · Übergangsmetall
Vermutlich eine flüchtige Flüssigkeit – ein Metall, das sich fast wie ein Edelgas 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 Copernicium 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
Copernicium ist über einen Bereich von 57 K flüssig, von 283 K bis 340 K.
Wo es steht
Die Geschichte
Vermutlich eine flüchtige Flüssigkeit – ein Metall, das sich fast wie ein Edelgas verhält.
Copernicium wurde 1996 erstmals von einem internationalen Team von Kernphysikern unter der Leitung von Sigurd Hofmann am GSI Helmholtz Centre for Heavy Ion Research in Darmstadt, Deutschland, synthetisiert. Dabei kamen der hochmoderne Schwerionenlinearbeschleuniger (UNILAC) sowie die damals fortschrittlichsten verfügbaren Systeme zur Teilchendetektion und -analyse zum Einsatz. Die bahnbrechende Entdeckung bestand darin, Blei-208-Ziele mit Zink-70-Ionen zu beschießen, die auf außerordentlich hohe und präzise kontrollierte Energien beschleunigt worden waren, wodurch Copernicium-277 durch Kernfusionsreaktionen erzeugt und sein charakteristisches radioaktives Zerfallssignal über etwa 0,24 Millisekunden mithilfe anspruchsvoller Nachweisgeräte festgestellt wurde. Das deutsche Forschungsteam verwendete die fortschrittlichste verfügbare Nachweistechnologie, darunter hochmoderne ortsempfindliche Detektoren, präzise Flugzeitmesssysteme, fortgeschrittene Energieanalysegeräte und komplexe computergestützte Algorithmen zur Datenanalyse, um einzelne Coperniciumatome anhand ihrer einzigartigen und unverwechselbaren Zerfallsketten und Energieeigenschaften zu identifizieren. Dem Element wurde zunächst der systematische Platzhaltername „Ununbium“ zugewiesen, was im Lateinischen „eins-eins-zwei“ bedeutet, entsprechend den systematischen Benennungskonventionen der International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) für neu entdeckte superschwere Elemente, die auf eine umfassende wissenschaftliche Prüfung und offizielle Anerkennung warten. Das Forschungsteam schlug den Namen „Copernicium“ zu Ehren des revolutionären polnischen Astronomen Nicolaus Copernicus vor, der unser Verständnis des Universums grundlegend veränderte, indem er das heliozentrische Modell vorschlug, das die Sonne statt der Erde in den Mittelpunkt des Sonnensystems stellte und damit die Astronomie sowie das menschliche Verständnis unserer Stellung im Kosmos revolutionierte. Die Entdeckung war eine außergewöhnliche Leistung der Kernphysik und der Beschleunigertechnologie und erforderte beispiellose Präzision beim Betrieb des Beschleunigers, bei der Kontrolle des Ionenstrahls, bei der Vorbereitung und Positionierung des Ziels, bei der Zeitsynchronisation und bei der Nachweismethodik, um Atome zu erzeugen und eindeutig zu identifizieren, die nur Bruchteile einer Sekunde existierten. Die erfolgreiche Synthese erforderte viele Jahre intensiver technologischer Entwicklung in der Physik von Schwerionenbeschleunigern, bei hochempfindlichen Teilchennachweissystemen, bei anspruchsvollen Verfahren zur Datenerfassung und -analyse sowie bei fortgeschrittenen statistischen Methoden zur Identifizierung äußerst seltener Kernereignisse vor komplexen Hintergrundsignalen und Rauschen. Die IUPAC genehmigte den Namen „Copernicium“ mit dem chemischen Symbol „Cn“ 2010 offiziell, nachdem die experimentellen Belege umfassend international geprüft, unabhängige Überprüfungsversuche anderer Forschungsgruppen durchgeführt und die wissenschaftliche Gültigkeit sowie Reproduzierbarkeit der Entdeckung gründlich bestätigt worden waren. Die Leistung demonstrierte den anhaltend raschen Fortschritt der Forschungskapazitäten für superschwere Elemente und lieferte wesentliche experimentelle Daten zur Prüfung der fortschrittlichsten theoretischen Vorhersagen über Kernstabilität, Atomstruktur, relativistische Effekte und chemische Eigenschaften an den äußersten Grenzen des Periodensystems.
Anwendungen
Copernicium hat als synthetisches superschweres Element mit extrem kurzer, in Sekunden gemessener Halbwertszeit außer in der grundlegenden Kernphysik und bei theoretischen Untersuchungen zu den Grenzen der Atomstruktur und Kernstabilität keine praktischen Anwendungen. Das Element dient ausschließlich dazu, das wissenschaftliche Verständnis superschwerer Atomkerne zu erweitern und wichtige experimentelle Daten zur Überprüfung anspruchsvoller theoretischer Vorhersagen über die vermutete Insel der Stabilität zu liefern, in der bestimmte superschwere Elemente längere Halbwertszeiten und möglicherweise nützliche Eigenschaften aufweisen könnten. Die Forschung an Copernicium trägt wesentlich dazu bei, fortgeschrittene Kernschalenmodelle zu überprüfen und zu verstehen, wie sich Protonen und Neutronen in sehr schweren Atomkernen an den äußersten Grenzen der Kernphysik anordnen. Das Element dient als entscheidendes Testfeld für die anspruchsvollsten verfügbaren theoretischen Modelle, die versuchen, die chemischen und physikalischen Eigenschaften superschwerer Elemente mithilfe komplexer relativistischer quantenmechanischer Berechnungen und fortgeschrittener Rechenverfahren vorherzusagen. Die Coperniciumforschung hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie tiefgreifende relativistische Effekte das Atomverhalten, die Elektronenorbitale und die chemischen Eigenschaften beeinflussen, wenn Elemente immer schwerer werden und sich Elektronen mit einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die speziell zur Erzeugung und zum Nachweis von Copernicium entwickelten experimentellen Verfahren, Instrumente und Methoden haben die Technologie der Kernphysik erheblich vorangebracht und zu wesentlichen Verbesserungen bei Teilchenbeschleunigern, Nachweisgeräten und Methoden der Datenanalyse beigetragen. Untersuchungen zu Copernicium liefern unschätzbare Daten zum Verständnis der Prozesse der stellaren Nukleosynthese und dazu, wie die schwersten Elemente des Universums während der extremsten astrophysikalischen Ereignisse wie Neutronensternverschmelzungen, Supernovae und anderer hochenergetischer kosmischer Phänomene entstehen. Die Erforschung des Elements trägt wesentlich zur Ausbildung der nächsten Generation von Kernphysikern und zur Entwicklung revolutionärer experimenteller Methoden für die Untersuchung seltener Kernphänomene an den äußersten Grenzen der gegenwärtigen wissenschaftlichen und technologischen Möglichkeiten bei. Obwohl Copernicium selbst keine vorstellbaren praktischen Anwendungen besitzt, erweitert die dadurch ermöglichte Grundlagenforschung unser Verständnis der Kernprozesse, die zahlreichen wichtigen Technologien in der Nuklearmedizin, der Kernenergieerzeugung, der Materialwissenschaft und den Anwendungen der Quantenphysik zugrunde liegen, erheblich.
Copernicium hat aufgrund seiner extrem kurzen Halbwertszeit von etwa 28 Sekunden und der Tatsache, dass nur einzelne Atome mithilfe der modernsten weltweit verfügbaren Teilchenbeschleunigeranlagen erzeugt werden können, keinerlei Anwendungen im Alltag, in der Industrie, im Handel, in der Technologie oder in irgendeinem praktischen Bereich. Das Element wird ausschließlich in der hochmodernsten Kernphysikforschung eingesetzt, die an einer sehr kleinen Zahl großer internationaler Laboratorien mit den anspruchsvollsten verfügbaren Schwerionenbeschleunigern und hochempfindlichen Nachweissystemen durchgeführt wird. Forschungseinrichtungen untersuchen Copernicium, um grundlegende Fragen zu den theoretischen Grenzen der Atomstruktur, der Kernstabilität und der höchstmöglichen Anzahl von Protonen zu erforschen, die unter beliebigen vorstellbaren Bedingungen in einem einzelnen Atomkern enthalten sein können. Kernphysiker verwenden Copernicium als wesentlichen Maßstab zur Prüfung und strengen Validierung der fortschrittlichsten theoretischen Modelle und Rechenverfahren, die das Verhalten, die Eigenschaften und die chemischen Merkmale superschwerer Elemente an den Grenzen des Periodensystems vorhersagen. Das Element dient als entscheidendes experimentelles Testfeld für die anspruchsvollsten verfügbaren Methoden der computergestützten Chemie, die versuchen, chemische Eigenschaften, Atomverhalten und physikalische Merkmale mithilfe außerordentlich komplexer relativistischer quantenmechanischer Berechnungen statt durch direkte experimentelle Messungen vorherzusagen. Bildungsprogramme für fortgeschrittene Kernphysik und theoretische Chemie verwenden Copernicium als herausragendes Beispiel für Spitzenforschung zu den grundlegendsten Aspekten der Materie und für das fortdauernde wissenschaftliche Bestreben, die Atomstruktur an ihren absoluten theoretischen und praktischen Grenzen zu verstehen. Wissenschaftliche Datenbanken, Forschungspublikationen und Nachschlagewerke bewahren möglichst umfassende Aufzeichnungen über die Eigenschaften von Copernicium, um die vollständige Dokumentation aller bekannten chemischen Elemente sicherzustellen, einschließlich jener, die nur kurz unter den speziellsten und kontrolliertesten Laborbedingungen existieren. Internationale wissenschaftliche Kooperationen untersuchen Copernicium, um das weltweite Verständnis der Physik superschwerer Elemente zu erweitern und ein beispielloses Maß an Wissensaustausch und Zusammenarbeit in der Kernforschung an den äußersten Grenzen menschlicher wissenschaftlicher Fähigkeiten und Erkenntnis zu fördern. Die Untersuchung des Elements trägt wesentlich zur Entwicklung revolutionärer neuer experimenteller Verfahren und Instrumente für den Nachweis und die Analyse äußerst seltener Kernereignisse und kurzlebiger Kernarten bei, die unter streng kontrollierten Bedingungen nur wenige Sekunden existieren.
Woher es stammt
0 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 0 % der Elemente
Copernicium kommt unter keinen derzeit bekannten oder theoretisch vorhergesagten physikalischen Bedingungen irgendwo im Universum natürlich vor und kann nur künstlich durch außerordentlich komplexe und präzise kontrollierte Kernfusionsreaktionen mithilfe der fortschrittlichsten und leistungsstärksten Teilchenbeschleunigeranlagen auf der Erde erzeugt werden. Das Element wird synthetisiert, indem extrem schwere Zielkerne mit sorgfältig ausgewählten leichteren Projektilkernen beschossen werden, die auf enorme und präzise kontrollierte Energien beschleunigt wurden; typischerweise werden Zink-70-Projektile und Blei-208-Ziele verwendet, um Copernicium-277 durch äußerst genau kontrollierte Kernfusionsprozesse zu erzeugen, die außerordentliche Präzision erfordern. Die Herstellung erfordert die anspruchsvollsten und leistungsstärksten existierenden Schwerionenbeschleuniger, die Ionen auf exakt definierte Energien beschleunigen und dabei eine beispiellose Genauigkeit bei der Strahlfokussierung, der Positionierung des Ziels, der Zeitsynchronisation, dem Teilchennachweis und den Datenerfassungssystemen gewährleisten müssen, die an den Grenzen der gegenwärtigen Technologie arbeiten. Selbst unter Einsatz der fortschrittlichsten der modernen Wissenschaft verfügbaren Beschleunigertechnologie und beim Betrieb durch die erfahrensten wissenschaftlichen Teams können über längere intensive Betriebszeiten hinweg nur einzelne Coperniciumatome erzeugt werden, die innerhalb von Sekunden bis Minuten nach ihrer Entstehung durch komplexe radioaktive Prozesse zerfallen. Das stabilste bekannte Isotop, Copernicium-285, besitzt unter Laborbedingungen eine Halbwertszeit von etwa 28 Sekunden, während andere bekannte Isotope deutlich schneller zerfallen, einige innerhalb von Millisekunden nach ihrer Bildung in der Zielkammer des Beschleunigers. Die Herstellung des Elements ist auf vielleicht zwei oder drei spezialisierte Forschungseinrichtungen weltweit beschränkt, darunter GSI in Deutschland und RIKEN in Japan, also Einrichtungen, die über die außergewöhnlichen technologischen Fähigkeiten, das Fachwissen und die Ressourcen verfügen, die für die Forschung zur Synthese superschwerer Elemente erforderlich sind. Die vollständig synthetische Natur von Copernicium bedeutet, dass es auf der Erde oder anderen Himmelskörpern keinerlei geologisches Vorkommen, unter natürlichen Bedingungen keinerlei Umweltvorkommen und nach den gegenwärtigen physikalischen Gesetzen und kosmischen Bedingungen keinerlei natürliche Bildungsprozesse im bekannten Universum gibt. Jede Coperniciumforschung muss an einzelnen Atomen oder äußerst kleinen Atomzahlen durchgeführt werden, die anhand ihrer charakteristischen und einzigartigen Signaturen des radioaktiven Zerfalls nachgewiesen werden. Dafür ist die empfindlichste, anspruchsvollste und fortschrittlichste verfügbare Nachweisausrüstung der modernen kernphysikalischen Forschung erforderlich. Die Gesamtmenge an Copernicium, die die Menschheit in der gesamten Geschichte der kernphysikalischen Forschung erzeugt hat, wäre viel zu winzig, um mit herkömmlichen Messverfahren nachgewiesen zu werden; vermutlich wurden über Jahrzehnte intensiver internationaler Forschungsarbeit mit den fortschrittlichsten verfügbaren Einrichtungen und wissenschaftlichen Fachkenntnissen weniger als einige Dutzend Atome erzeugt.
Handhabung
Copernicium ist radioaktiv. Es besitzt kein stabiles Isotop — jeder Atomkern zerfällt. Die Handhabung erfordert eine geeignete Abschirmung und Genehmigungen.
Copernicium stellt aufgrund seiner intensiven Radioaktivität, seiner kurzen Halbwertszeit und der außerordentlich energiereichen Kernprozesse, die für seine Herstellung, seinen Nachweis, seine Analyse und seine Untersuchung unter kontrollierten Laborbedingungen erforderlich sind, die extremsten und umfassendsten radiologischen Gefahren in jedem Bereich der kernphysikalischen Forschung dar. Die hauptsächlichen Sicherheitsbedenken betreffen nicht die einzelnen Coperniciumatome selbst, die in vernachlässigbaren Mengen und für äußerst kurze Zeiträume existieren, sondern die unglaublich intensiven, komplexen und vielschichtigen Strahlungsfelder, die während der Synthese entstehen, sowie die komplizierte Kaskade hochradioaktiver Zerfallsprodukte, die sich bilden, wenn das Element über mehrere Zerfallswege sukzessive radioaktive Umwandlungen durchläuft. Personen, die in der Coperniciumforschung arbeiten, müssen die umfassendsten, fortschrittlichsten und anspruchsvollsten Strahlungsüberwachungssysteme verwenden, die der modernen Kernwissenschaft zur Verfügung stehen, und die strengsten, detailliertesten und konsequent durchgesetzten Sicherheitsprotokolle befolgen, die je für die kernphysikalische Forschung entwickelt wurden. Diese sind speziell darauf ausgelegt und werden kontinuierlich aktualisiert, um die Exposition gegenüber hochenergetischer Gammastrahlung, Neutronenfluss, Alphateilchen, Betastrahlung und möglicher radioaktiver Kontamination aus mehreren Quellen zu minimieren. Forschungseinrichtungen müssen mit mehreren redundanten Schichten der anspruchsvollsten und wirksamsten möglichen Strahlenschutzsysteme ausgestattet sein, die sorgfältig ausgewählte dichte Materialien wie Blei, Wolfram, abgereichertes Uran, boriertes Polyethylen und spezielle neutronenabsorbierende Verbundmaterialien umfassen, um Beschäftigte vor der intensiven, multispektralen und komplexen Strahlungsumgebung zu schützen, die während der Forschung an superschweren Elementen entsteht. Die Arbeitsumgebung erfordert eine kontinuierliche Überwachung in Echtzeit mithilfe mehrerer unabhängiger und redundanter Strahlungsnachweissysteme mit fortschrittlichen automatischen Sicherheitsverriegelungen und Notfallfunktionen, die alle Betriebsabläufe sofort abschalten, kontaminierte Bereiche isolieren und Notfallprotokolle aktivieren können, wenn die Strahlungswerte einen vorab festgelegten Sicherheitsschwellenwert überschreiten oder ein Sicherheitssystem auf potenziell gefährliche Bedingungen hinweist. Alle Beschäftigten müssen umfangreiche, umfassende und regelmäßig aktualisierte spezielle Schulungsprogramme erfolgreich absolvieren, die fortgeschrittene Grundsätze des Strahlenschutzes, Notfallmaßnahmen, Gefahren der Kernphysik, spezifische Risiken superschwerer Elemente, einrichtungsspezifische Sicherheitsprotokolle und die besonderen Sicherheitsherausforderungen der Coperniciumforschung abdecken, bevor ihnen Zugang zu diesen streng zugangsbeschränkten und sorgfältig kontrollierten Einrichtungen gewährt wird. Die Zerfallseigenschaften von Copernicium führen dazu, dass es über mehrere komplexe Wege und Mechanismen radioaktiv zerfällt und dabei ein kompliziertes und sich ständig veränderndes Gemisch hochradioaktiver Tochterprodukte mit unterschiedlichen Zerfallsarten, Strahlungstypen, Energiespektren und Halbwertszeiten erzeugt. Für jedes dieser Produkte sind spezifische und sorgfältig entwickelte Eindämmungs-, Überwachungs- und Sicherheitsverfahren erforderlich, die auf sein individuelles Gefahrenprofil zugeschnitten sind.
Schnelle Antworten
Copernicium (Symbol Cn) ist Element 112 im Periodensystem, ein Übergangsmetall in der 7, Gruppe 12. Vermutlich eine flüchtige Flüssigkeit – ein Metall, das sich fast wie ein Edelgas verhält. Bei Raumtemperatur wird es voraussichtlich flüssig und radioaktiv sein.
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s²; sie ergibt 7 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2.Es wurde noch keine Probe von Copernicium kondensiert, daher sind beide Werte berechnet und nicht gemessen: Es wird vorhergesagt, dass es bei 283 K (9.9 °C) schmilzt und bei 340 K (66.9 °C) siedet. Es schmilzt in einem warmen Raum oder in der Handfläche.
Copernicium hat kein stabiles Isotop und daher keine Standardatommasse. Die angegebene Zahl 285 ist die Massenzahl seines langlebigsten bekannten Isotops.
Für Copernicium wird eine Dichte von etwa 23.7 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.
Copernicium wurde 1996 von GSI Darmstadt entdeckt. Es ist nach nicolaus Copernicus benannt.
Copernicium kommt auf der Erde in keiner nennenswerten Menge natürlich vor — es wird in einem Reaktor oder einem Teilchenbeschleuniger hergestellt.
Ja. Copernicium hat kein stabiles Isotop — jeder seiner Atomkerne zerfällt. Es kommt in der Natur nicht in nutzbaren Mengen vor und muss synthetisiert werden.