Hvordan kan grundstoffer være ‘kunstige’?

Alt i universet består af grundstoffer, men når de netop er dét, som alt er lavet af, kan det lyde underligt, at nogle af dem bliver kaldt syntetiske eller ‘kunstige’.

Det gælder grundstoffer fra atomnummer 93 og frem, for eksempel neptunium, bohrium og einsteinium.

‘Kunstige grundstoffer’? Det lyder jo næsten, som om forskere sidder i et laboratorium og tryller nye grundstoffer frem.

Tanken får to drenge fra Videnskabsklubben, som du kan se i videoen foroven, til at henvende sig til Spørg Videnskaben:

»Hvorfor kalder man 'syntetiske grundstoffer' for grundstoffer? De er jo lavet på et laborarium,« spørger 7-årige Mikkel.

»Jeg synes ikke, at det giver mening, for man kan jo ikke lave et grundstof. Det er derfor, det hedder grundstoffer,« siger 9-årige Mio.

Sagen er den, at mange grundstoffer ikke findes i naturen på Jorden, så derfor må vi selv frembringe dem hernede, hvis vi skal kunne opdage dem.

Spørg Videnskaben spørger en forsker, der med glæde forklarer, hvordan det hænger sammen.

Kunstige grundstoffer overlever ikke længe

Når forskere taler om kunstige grundstoffer, mener de grundstoffer, der ikke findes i naturen på Jorden, men som vi har opdaget ved at lave dem selv.

Det sker mest i en atomreaktor eller en partikel-accelerator. De kan også dannes i eksplosionen fra en atombombe, så at lave et kunstigt grundstof er ikke ligefrem nemt!

Men bare fordi de her grundstoffer ikke findes i naturen på Jorden, betyder det ikke, at de ikke kan eksistere.

»De grundstoffer, vi kalder syntetiske, er ustabile, henfalder og bliver med tiden til andre grundstoffer,« påpeger Anders Døssing, lektor på Kemisk Institut ved Københavns Universitet.

De kunstige grundstoffer kan derfor sagtens være opstået i naturen sammen med andre grundstoffer, for eksempel ved Solsystemets oprindelse, eller i fusions-reaktioner i stjerner.

Men det skete for længe siden, og de syntetiske grundstoffer lever slet ikke længe nok til, at vi i så fald har kunnet nå at spotte dem.

»Nogle af dem kan være så ustabile, at de har en halveringstid på kun 1/1.000 af et sekund,« siger Anders Døssing.

Andre af disse grundstoffer har faktisk, trods ustabiliteten, en levetid på flere millioner år - men da Solsystemet blev til for 4,5 milliarder år siden, er der ingen spor af dem i dag.

Derfor er det ofte kun ved hjælp af specielt udstyr, at man overhovedet kan registrere og opdage et nyt syntetisk grundstof, hvis man for eksempel har frembragt ét i en reaktor.

Flere protoner gør grundstofferne ustabile

Syntetiske grundstoffer er alle grundstoffer med et højt atomnummer, altså dem der står langt nede i det periodiske system.

Og der er en rigtig god grund til, at det er disse stoffer, der er syntetiske. Det har med deres ustabilitet at gøre.

»Et grundstof er jo, simpelt forklaret, et atom med et bestemt antal protoner i sin kerne. Hvis antallet af protoner ændrer sig, bliver det til et andet grundstof,« forklarer Anders Døssing.

Et grundstof kan til gengæld godt have forskellige antal neutroner, uden at det bliver til et andet grundstof.

Måden man så laver og opdager grundstoffer med højere atomnummer på, er ved at føje flere protoner til et grundstof med et atomnummer under 93.

»Men protoner er positivt ladet og frastøder hinanden, så jo flere protoner, jo mindre stabilitet,« siger Anders Døssing:

»Neutroner, der er neutrale, ‘fortynder’ egentlig effekten af de frastødende protoner lidt, men der er grænser for den fortyndende effekt, så det ser ud til at en atomkerne bliver mindre stabil, jo større den er.«

Vi ved ikke, hvor grænsen går for nye grundstoffer

På alt det kan det lyde som om, at der bare er en grænse for, hvor højt atomnummeret i et grundstof kan blive, og at vi derfor på et tidspunkt løber tør for muligheder for at lave nye grundstoffer.

Men selvom der kunne være en grænse, ved vi stadig ikke nok til at kunne sige, om der er, eller hvor den i så fald går.

»Der er ikke som sådan nogen naturlov, der bare siger ‘stop’ ved atomnummer 118, men om vi kan opdage et nyt grundstof eller ej er også begrænset af vores teknologi,« påpeger Anders Døssing.

Når grundstofferne med højere atomnummer kan være så ustabile, at de henfalder på eksempelvis 1/1.000 af et sekund, er de naturligvis svære at opdage, hvis man ikke har udstyr, der kan spotte dem.

Det er derfor faktisk muligt, at mennesker HAR frembragt grundstoffer, som vi bare ikke har bemærket!

Oven i dét er det heller ikke nødvendigvis en regel, at grundstoffer skal være så ustabile efter atomnummer 92.

Mange forskere forudser en mulighed for, at nogle varianter af disse super-tunge grundstoffer vil have en virkelig lang levetid sammenlignet med deres almindelige varianter, fordi mængden af protoner og neutroner i deres kerne er bedre fordelt.

»Hvis man forestiller sig, at grundstofferne op til nr. 92 er en landmasse, og at der derefter kommer et ‘hav’ af ustabile grundstoffer, så er idéen altså, at der ligger en ‘ø’ længere fremme af grundstoffer, der igen er stabile,« forklarer Anders Døssing:

»Derfor kaldes denne hypotese ‘The Island of Stability’. Man har ikke fundet den endnu, men muligheden for, at den findes, giver en idé om, hvor meget vi stadig kan se frem til at lære om grundstofferne.«

Vi siger tak for det spændende spørgsmål til fysik-nysgerrige Mikkel og Mio, der forhåbentlig er blevet klogere på, hvordan forskere kan opdage grundstoffer, de selv har lavet. Der er en t-shirt på vej til jer!

Husk, alle kan sende os spørgsmål til videnskaben. Send blot en mail med din undren til sv@videnskab.dk.