Het element – te vinden op het randje van het periodiek systeem – is al bijna 70 jaar een mysterie.
Maar dankzij een nieuw onderzoek – verschenen in het blad Nature – begint daar nu verandering in te komen. In het blad beschrijven onderzoekers namelijk hoe ze er voor het eerst in geslaagd zijn om metingen uit te voeren met einsteinium en zo belangrijke – en ietwat onverwachte – eigenschappen van het element hebben kunnen blootleggen.
Over het element
Einsteinium – ook wel element 99 genoemd – bevindt zich op de rand van het periodiek systeem en werd al in 1952 ontdekt. Wetenschappers troffen het toen aan tussen het puin van de eerste waterstofbom. Hoewel het element ons al een tijdje bekend is, weten we er echter zeer weinig van. Dat heeft alles te maken met het feit dat het zo lastig is om dit element te maken. Dat het element bovendien zeer radioactief is, helpt natuurlijk ook niet mee.
En toch is het onderzoekers nu gelukt om meer over einsteinium te weten te komen. Maar dat ging niet zonder slag of stoot. Zo was het bijvoorbeeld allereerst een hele uitdaging om wat einsteinium te maken dat geschikt was voor analyse. “Einsteinium kan geproduceerd worden in nucleaire reactoren,” zo vertelt onderzoeker Rebecca Abergel aan Scientias.nl. “In dit geval werd het gemaakt in de High-Flux Isotope Reactor van Oak Ridge National Laboratory.” Het is één van de weinige laboratoria op aarde die in staat zijn om einsteinium te produceren. In het lab werd curium gebombardeerd met neutronen. “Dat leidt tot de productie van verschillende zwaardere elementen en isotopen, waaronder einsteinium-254 (één van de stabielere isotopen van het element, red.),” legt Abergel uit. “Die isotopen moeten vervolgens weer vergaard en gezuiverd worden.”
Bindingslengte
Het resulteerde uiteindelijk in 250 nanogram(!) einsteinium. Het was niet veel, maar toch genoeg om enkele conclusies te trekken. Zo konden de onderzoekers de bindingslengte met einsteinium vaststellen. “De bindingslengte is de afstand tussen einsteinium en de dichtstbijzijnde, aangrenzende atomen in een molecuul. Dit is een heel belangrijke parameter als je de chemische verbindingen die einsteinium met andere atomen of elementen vormt, wilt begrijpen.”
De onderzoekers hadden nog meer over einsteinium te weten willen komen, maar corona gooide – in nauwe samenwerking met de geringe halfwaardetijd van het element – roet in het eten. Einsteinium-254 heeft een halfwaardetijd van 276 dagen, wat betekent dat 50 procent van het monster in 276 dagen tijd vervalt. Door de lockdowns die kort na de eerste experimenten ingingen, konden de onderzoekers langdurig niet naar het lab. En toen dat wel weer kon, was de kleine hoeveelheid einsteinium grotendeels al weg. De natuurkundigen hopen op termijn echter een nieuw monster te bemachtigen en hun experimenten voort te zetten.
Naast de bindingslengte ontdekten de onderzoekers ook dat het element verrassend fysisch-chemisch gedrag vertoont. Het element gedraagt zich namelijk net iets anders dan men van de actiniden – de onderste rij elementen van het periodiek systeem – verwachtte.
Door meer onderzoek te doen naar einsteinium hopen onderzoekers uiteindelijk ook voorbij die onderste rij van het periodiek systeem te kunnen kijken en zelfs nieuwe elementen te ontdekken. “We beginnen echt iets beter te begrijpen wat er tegen het eind van het periodiek systeem gebeurt en de volgende stap is dat je einsteinium gaat gebruiken om nieuwe elementen te vinden. Want veel natuurkundigen verwachten dat als we grotere hoeveelheden einsteinium-254 kunnen maken, we deze ook kunnen gebruiken om nieuwe elementen – elementen 119 of 120 bijvoorbeeld – te maken. We zouden einsteinium-254 dan moeten bombarderen met zware elementen om deze nog zwaardere elementen te verkrijgen.” Als dat lukt, zijn natuurkundigen mogelijk ook weer een stap dichter bij het nu nog theoretische ‘eiland van stabiliteit’. Dit is een voorspelde reeks isotopen van superzware elementen met een uitzonderlijk lange halfwaardetijd van minuten of zelfs dagen (ter vergelijking: de ons bekende superzware elementen hebben vaak halfwaardetijden in de orde van microseconden). “Dat is wel zo’n beetje de heilige graal in de kernfysica,” aldus Abergel. “De ontdekking van nieuwe, zwaardere elementen die zo stabiel zijn dat we ze kunnen bestuderen en de eigenschappen ervan misschien ook wel kunnen gebruiken.”
