Kernchemie

Die Kernchemie, auch Nuklearchemie genannt, ist wie die Radiochemie der Teil der Chemie, der radioaktive Stoffe zum Gegenstand hat. Insbesondere befasst sie sich mit der technischen Durchführung von Analysen und Synthesen unter Beachtung des Strahlenschutzes und oft knapper Zeitvorgaben. Anwendungsgebiete sind die Grundlagenforschung, die industrielle Produktion, die medizinische Diagnostik und Therapie (siehe Nuklearmedizin) und die Umweltanalytik.

Inhaltsverzeichnis

Geschichte

Historisch gesehen waren es Chemiker, die als erste die entweder natürlich auftretenden Alpha-Zerfallsreihen (ausgehend von den radioaktiven Th- und U-Isotopen) oder (kernphysikalisch) induzierte Kernreaktionen untersuchten. Die dabei auftretenden Umwandlungen von Elementen (Transmutation, der uralte Traum der Alchemisten) ließen sich nur mit hochentwickelten chemischen Analysemethoden studieren, insbesondere da die Reaktionsprodukte oft nur in minimalen Mengen vorkommen. Als Beispiele seien die Abtrennung von Radium und Polonium aus Pechblende durch die Chemikerin Marie Curie und die Entdeckung der Kernspaltung durch die Chemiker Otto Hahn und Fritz Strassmann genannt.

Kernchemische Grundlagenforschung

Zerfallsreihen

Beim Kernzerfall eines Nuklids entsteht oft kein stabiles Zerfallsprodukt, sondern ein ebenfalls radioaktives Nuklid. Das bedeutet, dass selbst aus einem isotopenreinen Element mit der Zeit ein Gemisch mehrerer Elemente entsteht. Die von einem solchen Gemisch ausgehende Strahlung ist naturgemäß schwerer zu identifizieren als diejenige eines einzelnen Elements. Durch eine chemische Trennung der Elemente voneinander können anschließend die einzelnen Elemente anhand ihrer Strahlung identifiziert werden. Auch lässt sich dadurch der Reaktionsmechanismus klären, also in welcher Reihenfolge die verschiedenen Zerfallsarten erfolgen. Das Ergebnis ist eine Zerfallsreihe. Die Kernchemie ermöglicht damit die Zuordnung der Strahlung zu einem bestimmten Nuklid.

Äußere Einflüsse auf Halbwertszeit

Im Fall des radioaktiven Zerfalls durch Elektroneneinfang gibt es messbare Einflüsse äußerer Bedingungen wie Aggregatzustand, Druck oder chemischer Bindung auf die Lebensdauer radioaktiver Atome. Die Ursache ist, dass im speziellen Fall des Elektroneneinfangs die Zerfallsrate von der räumlichen Verteilung der Elektronen der innersten Atomschale abhängt. Diese sind wiederum von den äußeren Schalen beeinflusst, die die chemische Bindung vermitteln. Ein seit dem Ende der 40er Jahre diskutierter Fall ist der EC-Zerfall des Be-7 zu Li-7 (s. Segrè und Hensley). T. Ohtsuki und Kollegen untersuchten die Halbwertszeit von radioaktivem Be-7 zum einen in Be-Metall und zum anderen in C60-Käfigen (Buckminster-Fulleren). Sie fanden die Halbwertszeiten 52,68 ± 0,05 Tage (Metall) und 53,12 ± 0,05 Tage (C60), d.h. eine Differenz von 0,83 %.

Fortführung des Periodensystems

Bei den Elementen mit Ordnungszahlen größer etwa 100 könnten durch quantenmechanische Effekte Umordnungen im Periodensystem auftreten. Es ist daher ein aktuelles Forschungsthema der Kernchemie, die chemischen Eigenschaften der schwersten bisher synthetisierten Elemente zu ermitteln. Dabei müssen physiko-chemische Experimente mit teilweise nur einem Atom durchgeführt werden. Die schwersten bisher untersuchten Elemente (Dubnium, Seaborgium, Bohrium) zeigen noch keine fundamentalen Änderungen gegenüber ihren Homologen (Ta, W, Re).

Literatur

  • C. Keller: Grundlagen der Radiochemie, Salle & Sauerländer 3. Auflage 1993, ISBN 3-7935-5487-2
  • K.-H. Lieser: Einführung in die Kernchemie. 3. Auflage, VCH-Verlag, Weinheim 1991
  • E. Segrè, C.E. Wiegand: Experiments on the Effect of Atomic Electrons on the Decay Constant of Be-7, Physical Review, vol. 75, Issue 1, pp. 39–43 (1949)
  • T. Ohtsuki et al.: Enhanced Electron-Capture Decay Rate of 7Be Encapsulated in C60 Cages, Physical Review Letters, vol. 93, Issue 11, id. 112501 (2004)
  • M. Schädel: Chemie superschwerer Elemente. Angewandte Chemie 2006, 118, 378-414

Weblinks


Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Kernchemie — Kẹrn|che|mie 〈[ çe ] f. 19; unz.〉 Wissenschaft von der natürlichen u. künstlichen Umwandlung der Atomkerne * * * Kẹrn|che|mie; Syn.: Nuklearchemie: ein Gebiet der Chemie, das sich mit Untersuchungen von Atomkernen u. Kernreaktionen unter… …   Universal-Lexikon

  • Kernchemie — branduolinė chemija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. nuclear chemistry vok. Kernchemie, f rus. ядерная химия, f pranc. chimie nucléaire, f …   Fizikos terminų žodynas

  • Friedrich Wilhelm Straßmann — Fritz Straßmann (* 22. Februar 1902 in Boppard; † 22. April 1980 in Mainz) war ein deutscher Chemiker. Er ist einer der Entdecker der Kernspaltung. Inhaltsverzeichnis 1 Ausbildung und Studium 2 Forschung am Kaiser Wilhelm Institut für Chemie …   Deutsch Wikipedia

  • Fritz Strassmann — Fritz Straßmann (* 22. Februar 1902 in Boppard; † 22. April 1980 in Mainz) war ein deutscher Chemiker. Er ist einer der Entdecker der Kernspaltung. Inhaltsverzeichnis 1 Ausbildung und Studium 2 Forschung am Kaiser Wilhelm Institut für Chemie …   Deutsch Wikipedia

  • Fritz Straßmann — (eigentlich Friedrich Wilhelm Straßmann; * 22. Februar 1902 in Boppard; † 22. April 1980 in Mainz) war ein deutscher Chemiker. Er war einer der Entdecker der Kernspaltung. Inhaltsverzeichnis 1 Ausbildung und Studium 2 Forschung am Kaiser Wilhelm… …   Deutsch Wikipedia

  • FRMZ — f1 Forschungsreaktor Mainz …   Deutsch Wikipedia

  • Nuklearchemie — Die Kernchemie (Nuklearchemie) ist das Teilgebiet der Chemie, das sich mit den Eigenschaften der Atomkerne befasst. Von der Kernphysik unterscheidet sich die Kernchemie dadurch, dass sie zur Untersuchung der Eigenschaften der Atomkerne chemische… …   Deutsch Wikipedia

  • Forschungsreaktor Mainz — f1 Forschungsreaktor Mainz …   Deutsch Wikipedia

  • Heiße Chemie — Die Radiochemie ist ein Teilgebiet der Chemie. Während es sich hierbei im weitesten Sinne um den Teil der Chemie handelt, der allgemein radioaktive Stoffe zum Gegenstand hat, wird unter Radiochemie oftmals lediglich der Teil der Kernchemie… …   Deutsch Wikipedia

  • Jens Volker Kratz — (* 26. Mai 1944 in Jena) ist ein deutscher Chemiker. Er ist Professor für Kernchemie an der Johannes Gutenberg Universität in Mainz. Schwerpunkt seiner Arbeit sind die Chemie der schwersten Elemente, Huminsäuren und der Nachweis von… …   Deutsch Wikipedia

Share the article and excerpts

Direct link
Do a right-click on the link above
and select “Copy Link”