A legritkább elemből legfeljebb csak néhány gramm létezik a földön

2022. szeptember 08. – 05:01

frissítve

A legritkább elemből legfeljebb csak néhány gramm létezik a földön
Dmitrij Ivanovics Mengyelejev munka közben – Fotó: Ann Ronan Picture Library / Photo12 / AFP

Másolás

Vágólapra másolva

Aki járt általános iskolába, biztosan fel tud sorolni a periódusos rendszerből vagy két tucat kémiai elemet. Rögtön adja magát az oxigén és a hidrogén, ha felidézzük a biológiaórákat, akkor a szén és a nitrogén, de ha körülnézünk a konyhában, biztosan találunk valamit, amire rá van írva, hogy „kalciummal”, a fürdőszobában eszünkbe juthat a fluor, a gyufáról a foszfor, a kütyüinkről a szilícium, és így tovább. Az elemek rendszáma viszont 1-től 118-ig sorakozik, szóval van vagy száz elem, ami nem fordul meg a fejünkben – és azért nem, mert a mindennapjainkban sem. Az érintett elemekkel dolgozó kutatók és keresztrejtvényfejtők kivételével elég kevesen futnak össze a dubnium vagy a francium nevével. Nem is beszélve az asztáciumról, ami a legritkább elem a földön.

Ezt rögtön pontosítsuk: az asztácium a legritkább, természetben is előforduló elem. Léteznek ugyanis mesterséges elemek is, amik annyira instabilak, hogy ma már csak laboratóriumban, részecskegyorsítóval vagy atomreaktorban lehet őket előállítani. A mesterséges elemek felezési ideje olyan kicsi, hogy ha valaha léteztek is a földön, már teljesen elbomlottak. A felezési idő a radioaktív elemeknél értelmezhető: ezeknek az elemeknek nincs stabil izotópjuk, ami azt jelenti, hogy más elemekké (akár más radioaktív elemekké), illetve részecskékké bomlanak le – és ez a nagy energiájú sugárzással járó bomlás maga a radioaktivitásként ismert jelenség. A felezési idő pedig azt az időtartam, amely alatt egy radioaktív anyagban a radioaktív magok száma a kezdeti érték felére csökken.

A mesterséges elemek nemcsak instabilak, de nehezek is, mindegyik a periódusos rendszer alsó traktusaiban található. Az 1 és 94 közötti rendszámú elemek viszont legalább nyomokban megtalálhatók természetes formában is a földön. Ezek közül az asztácium a 85-ös rendszámot viseli, atomtömege 210, és ha esetleg a keresztrejtvény kérdezné, At a vegyjele. A halogéncsoport tagja, vagyis abban a bandában van, amelyben a fluor, a klór, a bróm és a jód, bár az elektronszerkezete miatt már a félfémek közé is besorolható.

Radioaktív elemről van szó, ráadásul olyanról, amelynek nagyon bomlékonyak az izotópjai (még egy kis ismétlés, nagyon pongyolán: az izotóp az elem olyan előfordulása, amiben az atommagok neutronszáma eltérő). Az asztáciumnak 32 izotópja ismert, de a legstabilabbnak is valamivel több mint 8 óra a felezési ideje. El is tűnt volna már ez is, ha nem termelődne újra, de nagyon kis mennyiségben folyamatosan keletkezik asztácium más radioaktív elemek (főleg urán és tórium) bomlásakor.

Hogy mennyi asztácium létezik a földön, arra csak becslések vannak. Egy 2001-es tanulmány szerint a teljes földkéregben nagyjából 1 gramm található, egy 1997-es publikáció pedig merész 25 grammig elmegy. Maradjunk annyiban, hogy néhány grammban mérhető mennyiség, miközben a földkéreg teljes tömege több tíztrillió (tíz a tizenkilencedik hatványon) tonna. Ebből nyilván nem lehet kibányászni azt a kevés asztáciumot, hanem megfelelő laboratóriumi, kísérleti berendezésekkel, bonyolult folyamattal lehet előállítani az elemet – például úgy, hogy a bizmut 209-es izotópját bombázzák alfa-részecskékkel.

Bizmutkristályok – Fotó: Oliver Berg / AFP
Bizmutkristályok – Fotó: Oliver Berg / AFP

Egy ilyen tünékeny pernahajdernek a felfedezése sem közvetlenül zajlott, hanem a nyomait visszakövetve próbáltak következtetni a létezésére. Az első, aki megjósolta az előfordulását, maga Mengyelejev volt, amikor 1869-ben megalkotta a periódusos rendszert: a 85-ös számú helyet kihagyta az elemnek, aminek akkor még az „eka-jód” nevet adta. Aztán 1931-ben Fred Allison és kollégái az Alabamai Politechnikumban felfedezték az elemet, és az „alabamin” nevet javasolták neki. Más kutatók azonban nem tudták megismételni Allison eredményeit, és több hibát is találtak a kísérletében. Aztán 1938-ban Horia Hulubei és Yvetter Cauchois, a párizsi Sorbonne kutatói találtak az elem létezésére utaló röntgensugár-spektrumvonalakat, de a második világháború kitörése megakadályozta őket a kutatások folytatásában.

Végül mások fedezték fel minden kétséget kizáróan az asztácium létezését – mégpedig két kutatócsapat is, valószínűleg egymástól függetlenül. Az utókor többnyire a Dale R. Coson, Kenneth Ross Mackenzie és Emilio Segrè által alkotott csapatnak tulajdonítja az elsőséget. Ők a Kaliforniai Berkeley Egyetem részecskegyorsítójában gyártottak egy kis asztáciumot a már említett bombázott bizmutizotópos technikával. Ők nevezték el az elemet a görög „astatos” szóból, aminek jelentése – ezek után ne lepődjünk meg – „instabil”. De Cosonék mellett az osztrák Berta Karlik és Traude Bernert is előállította az elemet, aminek a „viennium” nevet javasolták. 1942-ben számoltak be eredményeikről, nem tudva arról, hogy a Berkeley-n már megtörtént a felfedezés. A második világháborúban ugyanis a tudományos híreket német területeken belül tartották, és a világ más régióiból sem érkeztek ilyen jellegű információk. Amikor aztán Karlik és Bernert tudomást szerzett a berkeley-i csoport eredményeiről, tovább folytatták az asztácium tanulmányozását, és nagyban hozzájárultak az elem bomlási jellemzőivel kapcsolatos ismeretekhez.

Az asztácium megismerése ezzel még nem ért véget, sok jellemzője máig rejtett, számos tulajdonságára a halogéncsoport többi tagjára alapozva következtetnek. Például azt sem tudni, milyen színű – a halogéncsoport más tagjai által mutatott színminták alapján úgy vélik, hogy az elég sötét, közel fekete színű. Ritkasága és körülményes kutatása ellenére már gyakorlati felhasználására is vannak elképzelések: több kutató úgy véli, hogy az asztácium felhasználható a rák egyes fajtáinak (például a pajzsmirigyrák) kezelésében. Ehhez egy lépéssel közelebb kerültünk 2020-ban, amikor a CERN tízéves kutatás után publikálta az ISOLDE kísérlet asztáciumra vonatkozó eredményét: egyéb jellemzők mellett az elem egy fontos tulajdonságát, az elektronaffinitását sikerült leírni, ami már nemcsak a további alapkutatásokban, hanem a jövőbeli alkalmazásokban is hasznos lehet.

Kedvenceink
Kövess minket Facebookon is!