Hvor tunge grundstoffer kan man fremstille?
CLASSIC: Hvilke grundstoffer er menneskeskabte, og hvilke kan findes i naturen - og hvor tunge kan grundstoffer egentlig blive?

Denne partikelaccelerator i Rusland blev brugt, da forskerne skabte grundstof nr. 117. (Foto: JINR)

Denne partikelaccelerator i Rusland blev brugt, da forskerne skabte grundstof nr. 117. (Foto: JINR)

 

De tunge grundstoffer med atomnumrene 113, 115, 117 og 118 blev fremstillet for år tilbage, men først for nylig har den internationale kemi-organisation International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) bekræftet, at de fire nye grundstoffer har fået plads i det periodiske system.

Spørgsmålet er, hvor tunge grundstoffer det egentlig er muligt at skabe?

Sådan lyder spørgsmålet fra Kim Michaelsen, der også gerne vil vide, hvor mange grundstoffer, der er naturligt forekommende, og hvor mange der er menneskeskabte.

Og det er et godt spørgsmål - men lad os først slå fast, at der findes et begrænset antal forskellige atomer, som alting består af.

Atomet består af en kerne med protoner og neutroner, omgivet af en sky af elektroner. Og hver slags atom har et atomnummer, der fortæller, hvor mange protoner, der findes i atomkernen.

94 naturlige grundstoffer

Fakta

Spørg Videnskaben Classic Denne artikel er en opdatering af et svar i vores populære brevkasse, Spørg Videnskaben. Artiklen blev bragt i sin grundform på Videnskab.dk 9. april 2010.

Et grundstof er et stof, der udelukkende består af atomer med det samme atomnummer.

Og så er vi klar til det sidste spørgsmål, for nu at tage det først: Alle grundstoffer fra nr. 1 (brint) til nr. 94 (plutonium) kan findes i naturen.

Bortset fra et par enkelte undtagelser findes grundstof nr. 1 til 82 som stabile isotoper (grundstofvarianter), mens grundstoffer med atomnummer 83 og derover alle er radioaktive og henfalder til andre grundstoffer.

I dag er der 118 grundstoffer

Et tungt, naturligt grundstof som uran (med atomnummer 92) henfalder til andre grundstoffer, men det kan stadig findes i naturen, fordi det har en meget lang halveringstid på 4,5 milliarder år - hvilket omtrent svarer til Jordens alder. Siden Jorden blev skabt, er halvdelen af al uran-238 forsvundet, men der er altså stadigvæk en del tilbage.

Det er dog ikke alle grundstofferne, der har været her altid. Nogle af dem skabes hele tiden ved henfald af uran. Og de tungeste naturlige grundstoffer neptunium (nr. 93) og plutonium (nr. 94) er dannet i naturens egne atomreaktorer på samme måde som i en reaktor på et atomkraftværk.

Sådan ser det periodiske system - tabellen over grundstofferne - ud i dag. Der er fundet 118 grundstoffer, men atomnumrene 113, 115, 117 og 118 har endnu ikke fået officielle navne. (Illustration: Wikipedia/Mette Friis-Mikkelsen)

Grundstoffer med højere atomnummer end 94 er alle menneskeskabte, enten i atomreaktorer eller ved hjælp af partikelacceleratorer.

I dag finder man 118 grundstoffer i det periodiske system. De første 112 samt nummer 114 og 116 har fået rigtige navne, mens de fire, der er opdaget senest, indtil videre må nøjes med midlertidige, besværlige navne som for eksempel ununoctium (nr. 118). Det er nemlig en langstrakt proces af få godkendt et navn til et nyt grundstof.

To kræfter skal være i balance

Men hvorfor findes der ikke tungere grundstoffer? Det spørger vi Jens Jørgen Gaardhøje om, for han er professor på Niels Bohr Institutet og ekspert i eksperimentel subatomar fysik.

»Det hænger sammen med, at der er to kræfter, der er aktive i en atomkerne. Dels er der en frastødning mellem de positive ladninger, der er i kernen, dels er der en tiltrækkende kræft mellem kernepartiklerne,« fortæller han.

»En atomkernes stabilitet opstår som følge af en balance mellem den tiltrækkende kraft og den frastødende kraft.«

Atomkerner består nemlig af protoner med en positiv ladning og neutroner, der ikke har nogen ladning. Den elektromagnetiske kraft mellem de positivt ladede protoner prøver at rive atomkernen itu, mens den kortrækkende stærke vekselvirkning, der virker mellem alle kernepartiklerne, holder sammen på atomkernen.

Store atomkerner spaltes i to

De neutrale neutroner kan opfattes som den lim, der holder kernen sammen - og trodser den kraft, der prøver at holde protonerne væk fra hinanden.

»Den tiltrækkende kraft har meget kort rækkevidde. Den virker stort set på en afstand fra en proton til en neutron. Mens den elektriske kraft har meget lang rækkevidde,« forklarer Jens Jørgen Gaardhøje.

»Det betyder, at når en atomkerne bliver meget stor, så har de tiltrækkende kræfter svært ved at holde sammen på den i konkurrence med de frastødende elektriske kræfter. Så sker der det, at kernen spaltes i to stykker.«

Så derfor er der grænser for, hvor tunge atomer kan blive. Hvilket jo ikke forhindrer forskerne i at prøve at skabe grundstoffer, der er tungere (har højere atomnummer) end de hidtil sete.

 

Fysikerne søger særligt stabile atomer

En atomkerne i et tungt grundstof består af en masse protoner og endnu flere neutroner. Protonerne frastøder hinanden, men en tiltrækkende kraft mellem neutroner og protoner sørger for, at kernen ikke går i stykker.

Fysikerne mener nemlig, at der godt kan eksistere tunge grundstoffer, der ikke forsvinder igen på en brøkdel af et sekund. For der er også effekter, der stabiliserer atomkerner, siger Jens Jørgen Gaardhøje:

»Et specielt antal protoner og neutroner fører til en særlig stabilitet. Derfor har man forudsagt, at der også kan findes supertunge kerner, der kunne være særligt stabile - at de kan have lange levetider.«

Sådanne supertunge, nogenlunde stabile grundstoffer kan måske være nyttige, så derfor forsøger fysikerne at fremstille dem i laboratorier. Men det er ikke spor nemt - det tager mange år med forsøg, før det lykkes.

Tunge atomkerner under beskydning

De tungeste atomer er dannet ved at få to andre atomer til at smelte sammen (fusionere). Forskerne finder et passende forholdsvis tungt grundstof, som beskydes med et lettere grundstof - og så håber forskerne, at de to grundstoffer fusionerne i ny og næ.

De seneste mange år har det været et internationalt hold, der har skabt nye, tunge grundstoffer på forskningscenteret JINR i Rusland. Og disse forskere vil fortsætte bestræbelserne på at fremstille grundstoffer, der er endnu tungere end nr. 118.

Med dette svar håber vi, at Kim Michaelsen - og forhåbentlig også andre læsere - har fået tilfredsstillet nysgerrigheden omkring grundstoffer. Vi sender en T-shirt som tak for spørgsmålet.

Du kan selv stille et spørgsmål om alt mellem himmel og jord ved at sende en mail til sv@videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.