Nh · Element 113 · Nachübergangsmetall
Das erste Element, das von einem asiatischen Forschungsteam entdeckt und benannt wurde.
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 Nihonium 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
Nihonium ist über einen Bereich von 700 K flüssig, von 700 K bis 1400 K.
Wo es steht
Die Geschichte
Das erste Element, das von einem asiatischen Forschungsteam entdeckt und benannt wurde.
Historische Leistung: Nihonium wurde zum ersten von Japan entdeckten chemischen Element und stellte eine herausragende Leistung der japanischen Wissenschaft dar. Die Entdeckung gilt als eine der bedeutendsten wissenschaftlichen Entdeckungen des 21. Jahrhunderts.
Leitung durch RIKEN: Das von Kosuke Morita geleitete Entdeckungsteam am Nishina Center for Accelerator-Based Science von RIKEN verbrachte fast ein Jahrzehnt damit, die zur Erzeugung dieses superschweren Elements erforderlichen Synthesetechniken zu perfektionieren. Ihr Durchhaltevermögen trotz jahrelanger erfolgloser Versuche ist ein Beispiel für wissenschaftliche Hingabe.
Bahnbrechende Experimente: Zwischen 2004 und 2012 erzeugte das Team erfolgreich drei Nihonium-Atome, indem es Bismut-209-Ziele in seinem Linearbeschleuniger mit Zink-70-Ionen beschoss. Jede erfolgreiche Synthese erforderte monatelangen Dauerbetrieb und eine präzise Abstimmung der Versuchsbedingungen.
Internationale Anerkennung: Die International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) erkannte die Entdeckung von RIKEN 2015 offiziell an und verlieh Japan die Ehre, Element 113 zu benennen. Der Name „Nihonium“ leitet sich von „Nihon“, dem japanischen Wort für Japan, ab.
Technologische Innovation: Für die Entdeckung mussten neue Nachweissysteme entwickelt werden, die einzelne Atome unter Milliarden von Hintergrundteilchen identifizieren können. Diese Innovationen verbesserten die Instrumentierung und Datenanalyse in der Kernphysik weltweit.
Globale wissenschaftliche Bedeutung: Die Entdeckung von Nihonium bestätigte theoretische Vorhersagen zur Synthese superschwerer Elemente und eröffnete neue Wege zur Erforschung der Grenzen des Periodensystems. Die Leistung führte zu einer verstärkten internationalen Zusammenarbeit bei der Erforschung superschwerer Elemente.
Kulturelle Bedeutung: Über seine wissenschaftliche Bedeutung hinaus steht Nihonium für Japans Beitrag zum grundlegenden Wissen der Menschheit. Es weckt Stolz auf die wissenschaftlichen Fähigkeiten Japans und motiviert künftige Generationen von Forschern.
Anwendungen
Kernphysikalische Forschung: Nihonium dient als entscheidender Baustein für das Verständnis der Synthese superschwerer Elemente und ihrer Zerfallsmuster. Seine Erzeugung erfordert, Bismut-209-Ziele in Teilchenbeschleunigern mit Zink-70-Ionen zu beschießen, wodurch Einblicke in Kernreaktionsmechanismen bei extremen Energien gewonnen werden.
Untersuchungen zur Insel der Stabilität: Als Element 113 nimmt Nihonium eine strategische Position nahe der theoretisch vorhergesagten „Insel der Stabilität“ ein, auf der superschwere Elemente möglicherweise länger existieren könnten. Die Forschung konzentriert sich darauf festzustellen, ob Nihonium im Vergleich zu benachbarten Elementen eine erhöhte Stabilität aufweist, was theoretische Vorhersagen über abgeschlossene Kernschalen möglicherweise bestätigen könnte.
Untersuchungen der fundamentalen Chemie: Trotz seiner kurzen Halbwertszeit trägt die Nihonium-Forschung zum Verständnis bei, wie relativistische Effekte die chemische Bindung in superschweren Elementen beeinflussen. Theoretische Berechnungen legen nahe, dass Nihonium sich ähnlich wie Thallium verhalten könnte, jedoch mit deutlichen Abweichungen aufgrund relativistischer Kontraktionen von Elektronenorbitalen.
Fortschrittliche Nachweistechnologie: Die Erzeugung von Nihonium erfordert modernste Teilchennachweissysteme und ausgefeilte Datenanalysetechniken. Diese technologischen Entwicklungen erweitern unsere Möglichkeiten in der Kerninstrumentierung und kommen Bereichen von der medizinischen Bildgebung bis zur Materialwissenschaft zugute.
Internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit: Die Nihonium-Forschung ist ein Beispiel für globale wissenschaftliche Kooperation. Teams von RIKEN (Japan), GSI (Deutschland) und anderen Einrichtungen teilen Wissen und Ressourcen, um die Grenzen der Elementsynthese zu erweitern.
Bildungswirkung: Als Japans erstes entdecktes Element inspiriert Nihonium neue Generationen von Wissenschaftlern und zeigt, wie beharrliche Forschung scheinbar unmögliche Ziele erreichen kann. Dadurch wird die weitere Erforschung des Unbekannten gefördert.
Experimente mit Teilchenbeschleunigern: Nihonium existiert nur in hoch spezialisierten Forschungseinrichtungen, die mit Linearbeschleunigern und Ionenstrahlsystemen ausgestattet sind. Diese Experimente erfordern monatelangen kontinuierlichen Beschuss, um nur wenige Atome zu erzeugen, wodurch jede Erzeugung eine bedeutende wissenschaftliche Leistung darstellt.
Untersuchungen des Kernzerfalls: Wissenschaftler verwenden Nihonium zur Untersuchung von Alphazerfallsketten und Spaltfragmenten. Dies liefert Daten über die Kernstabilität und die Kräfte, die Atomkerne zusammenhalten. Jedes zerfallende Nihonium-Atom liefert wertvolle Informationen über das Verhalten superschwerer Elemente.
Validierung theoretischer Modelle: Nihonium dient als Testfall für quantenmechanische Modelle der Atomstruktur, insbesondere für Theorien darüber, wie sich Elektronenorbitale bei extremen Kernladungen und unter relativistischen Bedingungen verhalten.
Entwicklung fortschrittlicher Instrumente: Die Erzeugung und der Nachweis von Nihonium treiben Innovationen bei Teilchennachweistechnologien, Zeitsystemen und Datenerfassungsmethoden voran, die der breiteren wissenschaftlichen Forschung zugutekommen.
Koordinierung internationaler Forschung: Nihonium-Experimente erfordern die Abstimmung zwischen mehreren Forschungseinrichtungen und fördern dadurch Zusammenarbeit und Wissensaustausch in der globalen wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Potenzial künftiger Anwendungen: Obwohl Nihonium derzeit auf die Forschung beschränkt ist, trägt das Verständnis seiner Eigenschaften langfristig zum Ziel bei, stabile superschwere Elemente zu entdecken, die praktische Anwendungen in fortschrittlichen Technologien haben könnten.
Woher es stammt
0 mg/kg der Erdkruste · häufiger als 0 % der Elemente
Kein natürliches Vorkommen: Nihonium kommt unter den derzeitigen Bedingungen nirgendwo im Universum natürlich vor. Sein Atomkern enthält 113 Protonen, wodurch es zu schwer und instabil ist, um durch natürliche Kernprozesse zu entstehen oder in stellaren Umgebungen zu überdauern.
Ausschließlich künstliche Erzeugung: Jedes Nihonium-Atom wurde künstlich in Teilchenbeschleunigern durch Kernfusionsreaktionen erzeugt. Dabei werden Zink-70-Ionen auf extrem hohe Energien beschleunigt und auf Bismut-209-Ziele gerichtet. Die Fusionsrate beträgt lediglich wenige Atome pro Woche.
Fehlen im Kosmos: Selbst in den extremsten kosmischen Umgebungen – etwa bei Verschmelzungen von Neutronensternen, in Supernovae oder im Inneren massereicher Sterne – reichen die Bedingungen nicht aus, um Nihoniumkerne zu erzeugen und zu erhalten. Aufgrund der kurzen Halbwertszeit würde jedes gebildete Nihonium vor dem Nachweis zerfallen.
Ausschließliches Vorkommen im Labor: Die Linearbeschleunigeranlage von RIKEN in Japan ist der wichtigste Ort, an dem Nihonium erfolgreich synthetisiert wurde. Das Element existiert nur wenige Millisekunden, bevor es einem Alphazerfall unterliegt, wodurch seine Untersuchung äußerst anspruchsvoll ist.
Kerninstabilität: Die synthetische Natur von Nihonium beruht auf der grundlegenden Instabilität schwerer Atomkerne. Mit steigender Protonenzahl überwiegt die elektromagnetische Abstoßung zwischen den Protonen die starke Kernkraft, die den Atomkern zusammenhält.
Potenzial für künftige Synthese: Fortschrittliche Teilchenbeschleunigertechnologien könnten letztlich eine effizientere Nihoniumproduktion ermöglichen. Aufgrund seiner inhärenten Kerninstabilität wird das Element jedoch stets synthetisch bleiben.
Handhabung
Nihonium ist radioaktiv. Es besitzt kein stabiles Isotop — jeder Atomkern zerfällt. Die Handhabung erfordert eine geeignete Abschirmung und Genehmigungen.
Intensive Alphastrahlung: Nihonium unterliegt einem schnellen Alphazerfall mit einer Halbwertszeit von etwa 8 Millisekunden und emittiert energiereiche Alphateilchen, die eine erhebliche Strahlengefahr darstellen. Selbst mikroskopische Mengen würden innerhalb von Sekunden nach der Exposition tödliche Strahlendosen verursachen.
Spezialisierte Abschirmung: Die gesamte Nihonium-Forschung findet in stark abgeschirmten Teilchenbeschleunigeranlagen mit mehreren Einschlussbarrieren statt. Beschäftigte müssen sichere Abstände einhalten und Fernbedienungsgeräte verwenden, um jede direkte Strahlenexposition zu verhindern.
Gefahren der Zerfallskette: Beim Zerfall von Nihonium entsteht eine Reihe radioaktiver Tochterkerne, von denen jeder zusätzliche Strahlenrisiken birgt. Die vollständige Zerfallskette muss bei der Festlegung von Sicherheitsprotokollen und Einschlussanforderungen berücksichtigt werden.
Protokolle der Forschungseinrichtung: Nur ausgebildete Kernphysiker mit umfassender Strahlenschutzausbildung dürfen mit Nihonium arbeiten. Die Einrichtungen benötigen eine kontinuierliche Strahlungsüberwachung, Notfallmaßnahmen und strenge Zugangskontrollen zum Schutz von Personal und Umwelt.
Keine direkte Handhabung: Aufgrund seiner extremen Radioaktivität und kurzen Halbwertszeit ist eine direkte Handhabung von Nihonium unmöglich. Alle Interaktionen erfolgen über Fernsysteme und Nachweisgeräte, die die menschliche Exposition minimieren und gleichzeitig die wissenschaftliche Datenerfassung maximieren.
Umweltaspekte: Obwohl die Nihoniummengen äußerst gering sind, stellen geeignete Entsorgungsprotokolle sicher, dass keine radioaktive Kontamination aus den Einschlusssystemen des Labors entweicht. Eine langfristige Überwachung bestätigt den vollständigen Zerfall aller radioaktiven Materialien.
Schnelle Antworten
Nihonium (Symbol Nh) ist Element 113 im Periodensystem, ein Nachübergangsmetall in der 7, Gruppe 13. Das erste Element, das von einem asiatischen Forschungsteam entdeckt und benannt wurde. Bei Raumtemperatur wird es voraussichtlich fest und radioaktiv sein.
[Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p¹; sie ergibt 7 besetzte Elektronenschalen mit der Verteilung 2, 8, 18, 32, 32, 18, 3. Seine Außenschale enthält 3 Elektronen, wodurch sein Bindungsverhalten bestimmt wird.Es wurde noch keine Probe von Nihonium kondensiert, daher sind beide Werte berechnet und nicht gemessen: Es wird vorhergesagt, dass es bei 700 K (426.9 °C) schmilzt und bei 1400 K (1126.9 °C) siedet.
Nihonium hat kein stabiles Isotop und daher keine Standardatommasse. Die angegebene Zahl 284 ist die Massenzahl seines langlebigsten bekannten Isotops.
Für Nihonium wird eine Dichte von etwa 16 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.
Nihonium wurde 2004 von RIKEN, Japan entdeckt. Es ist nach nihon, "Japan" benannt.
Nihonium kommt auf der Erde in keiner nennenswerten Menge natürlich vor — es wird in einem Reaktor oder einem Teilchenbeschleuniger hergestellt.
Ja. Nihonium hat kein stabiles Isotop — jeder seiner Atomkerne zerfällt. Es kommt in der Natur nicht in nutzbaren Mengen vor und muss synthetisiert werden.