Neue Elemente: Wächst das Periodensystem weiter?

Künstlich erzeugte Elemente haben alle bestehenden Lücken geschlossen. Doch die Theorie deutet an, dass da noch einiges fehlt.

Eine der Lücken, die der russische Chemiker Dmitri Mendelejew 1869 vorausschauend in seinem ersten Entwurf von einem Periodensystem der Elemente klaffen ließ, lag an Position 43. Nach seiner Nomenklatur sollte dort einmal Eka-Mangan seinen Platz finden - doch zuerst musste man das Element erst einmal entdecken. Bis in die 1930er-Jahre hinein waren die meisten Lücken in Mendelejews Sortiersystem geschlossen worden. Doch Eka-Mangan versteckte sich beharrlich. Schon gab es Zweifel, dass es diesen Stoff überhaupt auf der Erde geben würde. Dann kam das Jahr 1937.

Der italienische Physiker Emilio Segrè, der später beim Bau der amerikanischen Atombombe mitgeholfen hat, isolierte damals an der Universität Palermo zusammen mit Carlo Perrier ein neues Element aus einer Probe, die er von Ernest Lawrence von der University of California in Berkeley bekommen hatte. Lawrence hatte eine Molybdänfolie in seinen "Atom-Zertrümmerer" gespannt - so nannten sie damals den Teilchenbeschleuniger, den der Atomphysiker und spätere Nobelpreisträger konstruiert hatte. Die Maschine beschleunigt atomare Teilchen in einer Kreisbahn erst auf hohe Geschwindigkeit und jagt sie dann auf ein Ziel. Als Munition diente damals "schwerer Wasserstoff", auch Deuterium genannt, der nicht nur aus einem Proton besteht, wie normaler Wasserstoff, sondern zusätzlich ein Neutron enthält.

Segrè und Perrier kochten die Probe in Chemikalien aus und stießen dabei auf das Element 43, das sie später Technetium nannten, hergeleitet vom altgriechischen Wort technētós, "künstlich". Das neue Element entstand durch den Zusammenstoß von Molybdän mit der Ordnungszahl 42 und Deuterium. In einigen Fällen fing der Molybdän-Atomkern einen Deuterium-Kern ein, und das Molybdän verwandelte sich in das neue Element, das sich als radioaktiv entpuppte. Das lieferte auch die Erklärung, weshalb Technetium bis dahin nicht in der Natur gefunden worden war: Nahezu sämtliche Vorräte, die bei der Entstehung der Erde von diesem Element vorhanden waren, sind seither zerfallen. Mit heutigen Methoden lassen sich immerhin noch Spuren des Elements in der Natur nachweisen.

An der Art und Weise, wie man neue Elemente erschafft, hat sich seither wenig verändert. Nur sind die Teilchenbeschleuniger mächtiger geworden und die Wissenschaftler mittlerweile in der Lage, sogar kurzlebige künstliche Elemente in den Maschinen mit Partikeln zu bombardieren. Um das bislang schwerste Element Oganesson herzustellen, das ganz unten rechts mit der Ordnungszahl 118 im Periodensystem steht, beschossen Physiker eine Probe des ebenfalls künstlichen Elements Californium (Ordnungszahl 98) mit Calcium-Ionen (Ordnungszahl 20). Zusammen bringen die beiden Elemente die 118 Protonen des Oganesson-Atoms auf die Waage. In der Natur kommt es nicht vor; im Labor überlebt es nur Sekundenbruchteile, bevor es zerfällt. Große Mengen neuer Materie entstehen in den Partikelschleudern nicht.

Kommerziell interessant ist die Herstellung neuer exotischer Elemente also eher nicht. Andere, nicht oder nur in Spuren in der Natur vorkommende Elemente sind durchaus wirtschaftlich interessant. Das radioaktive Americium zum Beispiel, das man auf der Erde bislang ausschließlich in abgebranntem Kernbrennstoff finden kann. Es wird zum Beispiel für Rauchmelder gebraucht. Auch Plutonium, Kernbrennstoff, Treibstoff für Raketen und Baumaterial für Atomwaffen, kommt nur in Spuren in der Natur vor.

Nachdem die vier jüngsten synthetischen Elemente Nihonium, Moscovium, Tennessine und Oganesson im Jahr 2016 offiziell dem Periodensystem hinzugefügt worden waren, hätten die Physiker eigentlich zufrieden ihre Maschinen abschalten können: Sie hatten alle Lücken in sämtlichen sieben Perioden-Reihen geschlossen. Doch Berechnungen zufolge könnte es auch noch eine achte Periode geben. Womöglich sind die Elemente 120 und 126 sogar deutlich langlebiger als die jüngsten Mitglieder des Periodensystems. Manche Physiker halten Halbwertszeiten von einigen Jahren für möglich. Welche Eigenschaften diese hypothetischen Elemente haben, die zwar berechnet, aber noch nicht gefunden oder hergestellt wurden, ist noch vollkommen rätselhaft. Der russische Kernphysiker Juri Oganesjan, dessen Team im Jahr 2006 zum ersten Mal das Element 118 erschuf, glaubt sogar an eine weitere "Insel der Stabilität" um das Element 164 herum.

Zumindest die Suche nach den Elementen 119 und 120 hat bereits begonnen. Ob das Periodensystem tatsächlich noch weiter wächst, wird sich frühestens in einigen Jahren zeigen.