Lr · Element 103 · Actinoid
Das letzte Actinoid mit einer Elektronenkonfiguration, die das erwartete Muster durchbrach.
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 Lawrencium 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.
Gleiches Element, andere Neutronenzahl
Alle Lawrencium-Atome haben dieselbe Zahl von Protonen, 103, und unterscheiden sich nur in der Zahl der Neutronen: Diese Varianten sind die Isotope des Elements. Keines davon ist stabil. Das langlebigste bekannte Isotop, Lr-266, hat 163 Neutronen und eine Halbwertszeit von ~11 Std..
| ISOTOP | Neutronen | Natürliche Häufigkeit | Halbwertszeit | Zerfallsart |
|---|---|---|---|---|
| Lr-260 | 157 | — | 180 Sek. | α, ε |
| Lr-261 | 158 | — | 39 Min. | SF |
| Lr-262 | 159 | — | ~4 Std. | SF |
| Lr-264 | 161 | — | 4,9 Std. | SF |
| Lr-266 langlebigstes | 163 | — | ~11 Std. | SF |
Periodensysteme geben für Lawrencium 262 an: die Massenzahl eines langlebigen Isotops, kein Mittelwert. Masse minus Ordnungszahl ergibt daher 159, die Neutronenzahl von Lr-262.
Zerfallsarten
~ kennzeichnet eine Halbwertszeit, deren veröffentlichte Unsicherheit größer ist als der Wert selbst.
Daten: IAEA Nuclear Data Section, LiveChart of Nuclides, Bewertungen der Grundzustände, abgerufen am 10. Oktober 2026. Die Häufigkeit ist der Anteil der Atome im natürlichen Element; ein Strich bedeutet, dass das Isotop keine natürliche Standardhäufigkeit hat.
Größe, maßstabsgetreu
Radius 246 pm — das entspricht 0,246 nm; etwa 2,03 Millionen davon nebeneinander würden einen Millimeter überspannen.
Temperaturbereich
Lawrencium schmilzt bei 1900 K; sein Siedepunkt wurde nicht gemessen.
Die Geschichte
Das letzte Actinoid mit einer Elektronenkonfiguration, die das erwartete Muster durchbrach.
Lawrencium wurde 1961 von Albert Ghiorso, Torbjørn Sikkeland, Almon E. Larsh und Robert M. Latimer am Lawrence Radiation Laboratory in Berkeley mithilfe des Heavy Ion Linear Accelerator (HILAC) entdeckt. Diese Entdeckung markierte den Abschluss der Actinoid-Reihe und ebnete den Weg für die Erforschung superschwerer Elemente.
Das Team verwendete Berkeleys bedeutenden Schwerionen-Linearbeschleuniger, um Californium-252-Targets mit Bor-10- und Bor-11-Ionen zu beschießen. Die entstehenden Lawrencium-258-Kerne wurden mithilfe innovativer Rückstoßtechniken und Festkörperdetektoren nachgewiesen und stellten fortschrittliche kernphysikalische Technik dar.
Bei der Entdeckung kam die bahnbrechende „Rückstoßtechnik“ zum Einsatz, bei der Lawrencium-Atome auf metallisiertem Mylarband abgeschieden und an einer Reihe von Detektoren vorbeigeführt wurden, um ihren charakteristischen Alpha-Zerfall zu messen. Diese Methode wurde zum Standard für die Identifizierung superschwerer Elemente.
Das Element wurde „Lawrencium“ nach Ernest Orlando Lawrence (1901-1958), dem Erfinder des Zyklotrons und Gründer von Berkeley Lab, benannt. Mit dieser Namensgebung wurden die amerikanischen Beiträge zur Kernphysik während des intensiven Wettbewerbs um die Entdeckung von Elementen im Kalten Krieg gewürdigt.
Als letztes Actinoid-Element markierte die Entdeckung von Lawrencium einen entscheidenden Meilenstein der Kernwissenschaft und legte die Grundlage für die Erforschung superschwerer Elemente, die bis heute fortgesetzt wird. Sie bedeutete das Ende einer Ära und den Beginn der Erforschung bislang unbekannten kernphysikalischen Terrains.
Anwendungen
Lawrencium dient als das entscheidende letzte Actinoid-Element und markiert den Übergangspunkt, an dem die Auffüllung von f-Orbitalen endet und die Auffüllung von d-Orbitalen im Bereich der superschweren Elemente beginnt. Dadurch ist es von unschätzbarem Wert für das Verständnis von Elektronenkonfigurationsmustern und der chemischen Periodizität jenseits der traditionellen Elemente.
Wissenschaftler verwenden Lawrencium, um relativistische Effekte in superschweren Atomen zu untersuchen, in denen sich die Elektronengeschwindigkeiten bedeutenden Bruchteilen der Lichtgeschwindigkeit nähern. Diese Studien bestätigen quantenmechanische Vorhersagen darüber, wie sich chemische Eigenschaften unter Bedingungen sehr hoher Kernladungen verändern.
Forschungsteams setzen Lawrencium in bahnbrechenden Einzelatom-Chemieexperimenten ein, um Oxidationsstufen, Ionenradien und das Verhalten chemischer Bindungen zu bestimmen. Diese Studien helfen, die Eigenschaften noch schwererer superschwerer Elemente vorherzusagen und theoretische chemische Modelle zu bestätigen.
Lawrencium-Isotope liefern wichtige Daten zum Verständnis von magischen Kernzahlen und Schaleneffekten, die die Stabilität superschwerer Elemente bestimmen. Diese Forschung unterstützt Vorhersagen über die theoretisierte „Insel der Stabilität“ und optimale Wege zur Synthese der Elemente 104 und darüber hinaus.
Untersuchungen zu Lawrencium fördern Innovationen bei Herstellungsverfahren für superschwere Elemente, darunter Heißfusionsreaktionen, Techniken zur Targetpräparation und die Trennchemie, die die Isolierung und Untersuchung einzelner Atome in äußerst kleinen Mengen ermöglicht.
Anwendungen von Lawrencium bleiben auf führende kernphysikalische Forschungseinrichtungen beschränkt, darunter Berkeley Lab, GSI Helmholtz Centre, RIKEN und das Flerov Laboratory at JINR. Diese Institutionen nutzen Lawrencium für die Grundlagenforschung in der Kernphysik und der Chemie superschwerer Elemente.
Forschungsteams verwenden Lawrencium für präzise kernphysikalische Messungen, darunter die Bestimmung der Alpha-Zerfallsenergie, Gammaspektroskopie und Untersuchungen der Kernlebensdauer. Diese Experimente liefern wichtige Daten zum Verständnis der Kernstruktur an den Grenzen der atomaren Stabilität.
Wissenschaftler führen mit Lawrencium Chemie mit einzelnen Atomen durch und untersuchen das chemische Verhalten mithilfe ausgefeilter Extraktions- und Nachweisverfahren. Diese Experimente stellen die Grenze dar, an der Chemie und Kernphysik zusammenkommen.
Die Erforschung von Lawrencium erfordert die Entwicklung hochempfindlicher Analysesysteme, darunter Magnetsektorseparatoren, Flugzeitdetektoren und fortschrittliche Datenerfassungssysteme, die die Grenzen der kernphysikalischen Messtechnik erweitern.
Woher es stammt
0 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 0 % der Elemente
Lawrencium ist nur bekannt aus künstlicher Kernsynthese in Teilchenbeschleunigern. Dieses superschwere Element wurde nie in der Natur gefunden.
Wissenschaftler erzeugen Lawrencium, indem sie Berkelium- oder Californium-Targets in Linearbeschleunigern mit Bor-, Kohlenstoff- oder Stickstoffionen beschießen. Bei der ursprünglichen Synthese in Berkeley 1961 wurde ein Heavy Ion Linear Accelerator (HILAC) verwendet, um ein drei Milligramm schweres Target aus gemischten Californiumisotopen mit Bor-10- und Bor-11-Kernen zu beschießen; dabei entstand ein Isotop, das zunächst als Lawrencium-257 zugeordnet und später zu Lawrencium-258 korrigiert wurde.
Das stabilste Lawrencium-Isotop, 266Lr, hat eine Halbwertszeit von nur 11 Stunden, sodass kein ursprüngliches Lawrencium die Entstehung der Erde überlebt haben kann. Die meisten Lawrencium-Isotope zerfallen innerhalb von Minuten oder Sekunden nach ihrer Erzeugung.
Die weltweite Lawrencium-Produktion wird in einzelnen Atomen pro Syntheselauf gemessen; die weltweite Jahresproduktion beläuft sich über alle Forschungseinrichtungen hinweg möglicherweise auf Hunderte bis Tausende von Atomen. Jede Synthese erfordert seltene Actinoid-Targets und einen enormen Energieaufwand.
Im Gegensatz zu Elementen, die durch stellare Nukleosynthese, Spallation durch kosmische Strahlung oder ursprüngliche Nukleosynthese entstehen, überdauert Lawrencium wegen seiner kurzen Halbwertszeiten nicht in der Natur, und ob der r-Prozess bei Verschmelzungen von Neutronensternen es kurzzeitig erzeugt, ist eine offene Frage. Jedes bekannte Lawrenciumatom wurde in einem Labor erzeugt.
Handhabung
Lawrencium ist radioaktiv. Es besitzt kein stabiles Isotop — jeder Atomkern zerfällt. Die Handhabung erfordert eine geeignete Abschirmung und Genehmigungen.
Lawrencium ist radioaktiv, wird aber in Schwerionenbeschleunigern immer nur in wenigen Atomen erzeugt. Seine Isotope zerfallen durch Alphazerfall, Elektroneneinfang und Spontanspaltung; das langlebigste, Lawrencium-266, hat eine Halbwertszeit von etwa 11 Stunden. Eine wägbare Menge Lawrencium hat es nie gegeben; die Atome selbst können daher niemandem eine nennenswerte Strahlendosis zufügen.
Die Gefahren dieser Forschung gehen vom Experiment aus, nicht vom Element: vom Beschleunigerstrahl, von radioaktiven Targets und aktivierten Geräten sowie von den dabei entstehenden Abfällen. Lawrencium selbst zerfällt innerhalb von Stunden bis Tagen; die Abfälle stammen daher von aktivierten Beschleunigerteilen und Targets und werden nach nationalen Vorschriften als radioaktiver Abfall behandelt.
Das Personal befolgt die üblichen Regeln des beruflichen Strahlenschutzes: jährliche Dosisgrenzwerte, persönliche Dosisüberwachung und Dosen so niedrig wie vernünftigerweise erreichbar. Für Beschäftigte unter 18 Jahren gelten deutlich niedrigere Dosisgrenzwerte als für Erwachsene: ein Zehntel der Grenzwerte für Erwachsene nach den Vorschriften der US-Atomaufsichtsbehörde NRC (10 CFR 20.1207) und 1 mSv pro Jahr in den Laboren des US-Energieministeriums (10 CFR 835.207). Für eine Beschäftigte, die eine Schwangerschaft mitteilt, ist die Dosis des ungeborenen Kindes über die gesamte Schwangerschaft auf 5 mSv begrenzt (10 CFR 20.1208 und 835.206).
Weiter entdecken
Schnelle Antworten
Lawrencium (Symbol Lr) ist Element 103 im Periodensystem, ein Actinoid in Periode 7. Das letzte Actinoid mit einer Elektronenkonfiguration, die das erwartete Muster durchbrach. Bei Raumtemperatur wird es voraussichtlich fest und radioaktiv sein.
[Rn] 5f¹⁴ 7s² 7p¹; sie ergibt 7 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 32, 32, 8, 3.Es wurde noch keine Probe von Lawrencium kondensiert, daher ist der Schmelzpunkt berechnet und nicht gemessen: Es wird vorhergesagt, dass es bei 1900 K (1626,9 °C) schmilzt. Der Siedepunkt wurde nicht gemessen.
Lawrencium hat kein stabiles Isotop und daher keine Standardatommasse. Die angegebene Zahl 262 ist die Massenzahl von Lr-262, dem Isotop, das Periodensysteme üblicherweise angeben; das langlebigste laut den IAEA-Daten ist Lr-266.
Lawrencium hat kein stabiles Isotop. Sein langlebigstes bekanntes Isotop, Lr-266, hat 163 Neutronen (Massenzahl 266 minus Ordnungszahl 103) und eine Halbwertszeit von ~11 Std.. Periodensysteme geben für Lawrencium 262 an, die Massenzahl eines langlebigen Isotops; Masse minus Ordnungszahl ergibt daher 159, die Neutronenzahl von Lr-262.
Für Lawrencium wird eine Dichte von etwa 15,6 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.
Lawrencium hat eine Elektronegativität von 1,3 nach Pauling. Die Skala reicht von 0,70 (Francium, das Elektronen am wenigsten stark anzieht) bis 3,98 (Fluor, das stärkste). Werte in diesem mittleren Bereich führen eher zur Bildung kovalenter als stark ionischer Bindungen.
Lawrencium wurde 1961 von Lawrence Berkeley National Laboratory entdeckt. Herkunft des Namens: Ernest Lawrence.
Lawrencium kommt auf der Erde in keiner nennenswerten Menge natürlich vor — es wird in einem Reaktor oder einem Teilchenbeschleuniger hergestellt.
Ja. Lawrencium hat kein stabiles Isotop — jeder seiner Atomkerne zerfällt. Es kommt in der Natur nicht in nutzbaren Mengen vor und muss synthetisiert werden.