Mio og Mikkel er med i Videnskabsklubben, og de har et spørsmål om grunnstoffer. (Video: Videnskabsklubben / Videnskab.dk)
Hvordan kan grunnstoffer være «kunstige»?
SPØR EN FORSKER: Når alt kommer til alt, er vel grunnstoffer det alt er laget av? Og hvordan kan vi oppdage nye grunnstoffer? Dette er spørsmålet to gutter på sju og ni år stiller.
Alt i universet består av grunnstoffer, og
da kan det virke merkelig at noen av dem kalles syntetiske eller «kunstige».
Det gjelder grunnstoffer fra atomnummer 93
og oppover, som neptunium, bohrium og einsteinium.
«Kunstige grunnstoffer»? Det høres nesten
ut som om forskere sitter i et laboratorium og tryller frem nye grunnstoffer.
Den tanken fikk to gutter, som du kan se i videoen over, til å spørre:
«Hvorfor kaller dere syntetiske
grunnstoffer for grunnstoffer? De er jo laget i et laboratorium», spør Mikkel
på sju år. «Jeg synes ikke det gir mening, for man kan ikke lage et grunnstoff.
Det er derfor det heter grunnstoffer», sier Mio på ni år.
Saken er at mange grunnstoffer ikke finnes
i naturen, så vi må produsere dem selv hvis vi skal oppdage dem.
Vi har spurt en forsker som gjerne
forklarer hvordan dette fungerer.
Når forskere snakker om kunstige
grunnstoffer, mener de grunnstoffer som ikke finnes i naturen, men som vi har
oppdaget ved å lage dem selv.
Dette gjøres oftest i en kjernereaktor
eller partikkelakselerator. De kan også skapes i eksplosjonen av en atombombe,
så det er ikke akkurat enkelt å lage et kunstig grunnstoff.
Men selv om disse grunnstoffene ikke
finnes i naturen, betyr ikke det at de ikke kan eksistere.
– De grunnstoffene vi kaller syntetiske,
er ustabile, brytes ned og blir til slutt til andre grunnstoffer, påpeker
Anders Døssing, lektor ved Kjemisk Institut ved Københavns Universitet.
De kunstige grunnstoffene kan ha
oppstått i naturen, for eksempel da solsystemet ble dannet eller i
fusjonsreaksjoner i stjerner.
Men dette skjedde for lenge siden, og de
syntetiske grunnstoffene lever ikke lenge nok til at vi har kunnet oppdage dem.
– Noen av dem kan være så ustabile at de
har en halveringstid på bare en tusendedel av et sekund, sier Døssing.
Andre av disse grunnstoffene har faktisk
en levetid på flere millioner år, men siden solsystemet ble dannet for 4,5
milliarder år siden, er det ingen spor av dem i dag.
Derfor kan de bare observeres hvis vi
lager dem selv, for eksempel i en reaktor.
De syntetiske, eller kunstige, grunnstoffene går fra 93 til 118, selv om det er uenighet om hvorvidt neptunium (93) og plutonium (94) hører hjemme i kategorien.(Illustrasjon: Humdan / Shutterstock / NTB)
Flere protoner gjør grunnstoffer ustabile
Annonse
Alle syntetiske grunnstoffer har høyt
atomnummer. Med andre ord står de langt nede i det periodiske systemet.
– Et grunnstoff et atom med et bestemt
antall protoner i kjernen. Hvis antallet protoner endres, blir det et annet
grunnstoff, forklarer Anders Døssing.
Et grunnstoff kan derimot ha ulike antall
nøytroner uten å bli noe annet.
Forskere kan skape - og dermed oppdage –
grunnstoffer ved å legge til flere protoner til et grunnstoff med atomnummer
under 93.
– Men protoner er positivt ladet og
frastøter hverandre, så jo flere protoner, desto mindre stabilitet, sier
Døssing:
– Nøytroner, som er nøytrale, «fortynner»
faktisk effekten av de frastøtende protonene litt, men det er grenser for
fortynningseffekten, så det ser ut til at en atomkjerne blir mindre stabil jo
større den er.
Eksempel: Et hydrogenatom har ett elektron og ett proton. Hvis det absorberer et nøytron, blir det en tyngre utgave av hydrogen, en isotop som kalles deuterium. Men hvis det tar opp et nøytron til, blir det ustabilt, og ett av nøytronene spaltes til et proton – og atomet blir til helium.(Illustrasjon: Jia.liu)
Vi vet ikke hvor grensen går
Alt dette kan høres ut som om det finnes
en grense for hvor høyt atomnummeret til et grunnstoff kan gå og at vi til
slutt vil gå tom for måter å lage nye grunnstoffer på.
Men selv om det skulle finnes en grense,
vet vi fortsatt ikke nok til å si om det finnes en grense eller hvor den går.
Det finnes ingen naturlov som bare sier
«stopp» ved atomnummer 118, men om vi kan oppdage et nytt grunnstoff er
også begrenset av teknologien vår, påpeker Anders Døssing.
Når grunnstoffene med høyere atomnummer
kan være så ustabile at de henfaller på for eksempel 1/1000 sekund, er de
naturligvis vanskelige å oppdage hvis man ikke har veldig avansert utstyr.
Derfor er det faktisk mulig at mennesker
allerede har skapt grunnstoffer som vi bare ikke har lagt merke til.
Annonse
Dessuten er det ikke nødvendigvis en regel
at grunnstoffer må være så ustabile etter atomnummer 92.
Mange forskere ser for seg at noen
varianter av disse supertunge grunnstoffene vil ha en veldig lang levetid fordi
mengden protoner og nøytroner i kjernen er bedre fordelt.
Hvis du tenker deg at grunnstoffene opp
til nummer 92 er en landmasse, og at det deretter er et «hav» av ustabile
grunnstoffer, så er tanken at det finnes en «øy» med grunnstoffer som er
stabile igjen, forklarer Døssing:
– Denne hypotesen kalles «The Island of
Stability». Den er ikke funnet ennå, men muligheten er der.
