Molekül aus superschwerem Element

Erstmals analysierten Physikerinnen und Physiker chemische Bindungen von einem superschweren Element. Für den Bruchteil einer Sekunde verband sich das Element Seaborgium mit sechs Kohlenmonoxidgruppen. Doch die chemischen Bindungen waren deutlich schwächer als erwartet. Das ist ein Hinweis auf einen relativistischen Effekt in Verbindungen mit superschweren Elementen.

Die Forschenden erzeugten Seaborgium am Forschungszentrum GSI/FAIR in Darmstadt. Dafür beschleunigten sie geladene Teilchen aus Chrom auf etwa zehn Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Trafen diese auf ruhende Bleiatome, fusionierten die Atomkerne zu Seaborgium mit einem Kern aus 106 Protonen und 153 Neutronen. Diese Atome sind nur für einige Zehntelsekunden stabil, was Experimente mit ihnen schwer macht. Es gelang dem Team jedoch, die Atome durch eine Gaswolke aus Helium und Kohlenmonoxid fliegen zu lassen, sodass sich sechs Kohlenmonoxidgruppen an das Seaborgiumatom anlagerten.

Abschirmung schwächt die Bindung

Wie sich herausstellte, war die Bindung zwischen Seaborgium und Kohlenmonoxid mit 188 Kilojoule pro Mol überraschend schwach – zum Vergleich: Die Bindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff in Kohlenmonoxid ist fast sechsmal so stark. Der Grund für die schwache Bindung liegt in einem Effekt der Relativitätstheorie, genauer gesagt daran, dass die inneren Elektronen die positive Ladung der Protonen im Kern stark abschirmen. Das schwächt die Bindung der äußeren Elektronen mit der Kohlenmonoxidgruppe.

Um die Auswirkungen der Relativitätstheorie in der Chemie weiter zu untersuchen, wollen die Forschenden nun Experimente mit noch schwereren Elementen als Seaborgium durchführen.