Nr. 1/2004


Üksainus küsimus
Mitu keemilist elementi tänaseks on avastatud?

Vastab Pedagoogikaülikooli emeriitprofessor, keemik Hergi Karik.

Möödunud aasta augustis leidis lõplikku rahvusvahelist kinnitust ühe uue keemilise elemendi – darmstadtiumi avastamine, ühtlasi anti tollele elemendile nimi. Tänapäeval analüüsitakse ja kontrollitakse niisuguste avastuste autentsust ja avastajate prioriteeti väga hoolega ning selleks kulub aastaid, vahel isegi aastakümneid.

Keemiliste elementide perioodilisussüsteemi tabeleid, argikeeles Mendelejevi tabelit, nimetatakse tänapäeval keemiliste elementide perioodiliseks süsteemiks. Kuigi rahvusvaheliselt tunnustatakse Mendelejevi prioriteeti, erineb tabeli nüüdisaegne poolpikk struktuur sellest, mida rakendati meil kuni möödunud sajandi üheksakümnendate aastateni.

On iseloomulik, et viimasel kümnendil on elementide nimetused ning tähised muutunud. Näiteks 104. element, mida Venemaal ja SRÜ-riikides nimetati kurtšatooviumiks (Ku), tulenevalt N Liidu tuumafüüsika ja tuumatehnika rajaja akadeemik Igor Kurtšatovi nimest, kandis mujal Euroopas ja USA-s Briti aatomiteadlase Ernest Rutherfordi auks nimetust rutherfordium (Rf). Elemendile 105 andis Georgi Fljorovi uurimisgrupp (Venemaa, Dubna tuumauuringute instituut) Taani teadlase Niels Bohri auks nimeks nilsboorium (Ns), Berkeley uurimisgrupp (USA) aga nimetas sama elemendi Saksa keemiku Otto Hahni järgi hahniumiks (Ha). Dubna grupp tegi ka ametliku ettepaneku nimetada ümber elemendid 102 ja 103. Berkeley grupp andis elemendile 102 Alfred Nobeli järgi nimetuse nobeelium (No), Dubna grupp soovitas aga nimetada see Prantsuse teadlase ja rahuvõitleja Frederic-Joliot Curie auks joliootsiumiks (Jl). Elemendile 103 andis Berkeley rühm tsüklotroni leiutaja ja California ülikooli kiirguslabori rajaja Ernest Orlando Lawrence’i auks lavrentsiumi nime, Dubna grupp aga soovitas Rutherfordi järgi nimetust rutherfordium. Mõni element on kandnud isegi kolme erinevat nime.


Heal lapsel mitu nime

Elemendile saab nime anda selle avastaja või sünteesija. Sageli aga üht või teist avastust teiste uurimisrühmade sünteesikatsed ei kinnita. Kellel on siis õigus?

Segadused ja arusaamatused uraanijärgsete elementide nimetustega viisid lõpuks ettepanekuni loobuda uute elementide nimetamisest teadlaste järgi. Esitati soovitus piirduda edaspidi vaid uue, kolmest tähest koosneva tähekombinatsiooni ja nimetusega, mis tuleneb elemendi sõnalise järjenumbri esitähtedest. Selle süsteemi kinnitas Rahvusvahelise Puhta Keemia ja Rakenduskeemia Liit (IUPAC) ja alates 20. sajandi lõpust rakendatakse seda ülemaailmselt. Aluseks on elemendi järjenumber perioodilisussüsteemis ja see moodustatakse järgmistest liidetest 0nil, 1un, 2bi, 3tri, 4quad, 5pent, 6hex, 7sept, 8okt, 9enn. Elemendi nimetuse lõpp on -ium. Nii saaksime element 106 nimetuseks ja sümboliks Unh ehk unnilhexium (un + nil + hex + ium ą unnilhexium).

Perioodilisussüsteemi viimaseks on praegu element 118, sümboliga Uuo. Paljude riikide uurimisrühmad on avaldanud teateid praktiliselt kõikide nende elementide avastamise kohta, mitme elemendi avastamise aule kandideerib mitu uurimisrühma, kes on teinud oma ettepanekud ka elemendi nimetuse osas. Avastamise prioriteedi kontrollimiseks on tänapäeval moodustatud autoriteetne rahvusvaheline töörühm maailma kõige prominentsemate rahvusvaheliste organisatsioonide (Rahvusvaheline Puhta ja Rakenduskeemia Liit, IUPAC ja Rahvusvaheline Puhta ja Rakendusfüüsika Liit, IUPAP) esindajatest. See kõrge kogu analüüsib ja kontrollib sünteesitulemuste autentsust ja avastajate prioriteeti. Töörühma ettepanekul kinnitab IUPAC-i ülemaailmne kongress, peaassamblee või konverents elemendi avastajad ja konkreetse nimetuse. Et kontrollimine on põhjalik, siis kulub selleks aastaid.


Meitneerium ja darmstadtium

Viimasteks elementideks, mis on kinnituse saanud, on elemendid 109 ja 110. Esimesele neist anti nimeks meitneerium, seda naisteadlase Lise Meitneri auks. Jäi ju Lisa Meitner kauaks tunnustamata, mida elemendi nimetusega nüüd siis mõnevõrra korvata püüti.


1982. aastal teatas Peter Armbrusteri ja Gottfried Münzenbergi töörühm Darmstadti Raskete Ioonide Uurimislaborist (GSI), et vismuti isotoobi tuuma Bi-209 pommitamisel kiirendis raud-58 tuumaga moodustub elemendi 109 isotoop Une-266. Meetodit ja sünteesi kordas 1994. aastal Oganessiani tiim. IUPAC-i 36. kongressil ja 39. peaassambleel 30. augustil 1997 anti elementidele 101–109 korrigeeritud nimetused. Elemendile 109 kinnitati meitneeriumi nimetus. Avastusest nimetuseni kulus 15 aastat.

Metalliline element meitneerium on lühikese poolestusajaga radioaktiivne metall, α-kiirgur (τ on 5 millisekundit).

9. novembril 1994 teatas Sigurd Hofmanni tiim GSI-st, et pliiaatomitest sihtmärgile (Pb-208) juhiti kiirendist nikkel-62 tuumasid, mispuhul moodustus element 110. Element Uun kuulub plaatinametallide hulka ja on teadaolevaist metallidest suurima tihedusega, radioaktiivne, poolestusajaga kolm tuhandikku sekundit. Hofmanni rahvusvahelisse tiimi kuulus seitse GSI teadurit ja kuus külalisuurijat, kes esindasid Dubna uurimislaborit, Bratislava Comeniuse ülikooli ja Jyväskyla ülikooli. GSI on olnud sünnipaigaks kuue transfermiumi (Bh, Hs, Mt, Ds ja veel nimetuseta elementide 111 ja 112) saamisel.

Element 110 sünteesist esitati esimene teade avaldamiseks 14. novembril 1994. Aastal 2000 saadi Darmstadtis ka isotoop 271. Sünteesi kontrolliti USA-s ja Jaapanis. IUPAC-i-IUPAP-i töörühm kontrollis avastuse prioriteeti [Pure Appl. Chem, vol 73. No 6, 2001] ning 10.–15. augustini 2003 toimunud IUPAC-i 39. kongressil Ottawas ja IUPAC-i 42. peaassambleel kinnitati. töörühma seisukoht Hofmanni tiimi prioriteedist element 110 sünteesi kohta. Ühtlasi soovitati uuele elemendile sünteesijate poolt pakutud nime darmstadtium (Ds). Saksa uurijad lähtusid siin analoogiast, sest nii USA uurimislabor (Berkeley) kui ka Venemaa uurimiskeskus (Dubna) olid saanud omanimelised elemendid, vastavalt berkeelium ja dubnium.

IUPAC-i-IUPAP-i töörühm analüüsib ja kontrollib nüüd elementide 111 (Uuu) ja 112 (Uub) sünteesi autentsust, kuid rahuldavaid resultaate veel pole. Aastast 1999 on töörühmale esitatud taotlusi ka elementide 116 ja 118 sünteesi avastamise ning elementide tuvastamise kohta. Teoreetiliselt eeldatakse veel ka niisuguste elementide sünteesi, milles on 114, 120 või 126 prootonit ning 172 või 184 neutronit.


Kirjandust

Sime, R. L., Lise Meitner. A Life in Physics. Univ. California Press, Berkeley, 1996; Wiesner, E., Settle, F., Politics, Chemistry and the Discovery of Nuclear Fission, J. Chem. Educ., 2001, v 78, pp 889–895.





KES OLI LISE MEITNER?

Lise Meitner sündis 7. novembril 1878 Viinis ja lõpetas Viinis ka ülikooli. Seal oli ta ainsaks naiseks sadakonna meesüliõpilase hulgas, kes kuulasid matemaatika-füüsika distsipliine. Pärast doktorikraadini jõudmist 1906. aastal viibis ta Berliinis (1907) Max Plancki loengul, kus tutvus Otto Hahniga.

Esimese maailmasõja päevil teenis Lise Meitner vabatahtlikult Austria-Vene rindel radioloogina. Pärast sõda soovis Meitner asuda ametisse Berliini ülikooli, kuid temale kui naisele seda ei võimaldatud. 1919 asusid Lise Meitner ja Otto Hahn professoritena tööle 1912. aastal asutatud Keiser Wilhelmi Instituuti – Lise Meitner füüsikuna ja Otto Hahn radioaktiivsuse nähtuste uurijana. Koos avastasid nad protaktiiniumi isotoobi Pa-231, uurisid aatomituuma isomeeriat, β-radioaktiivsust ja alates 1930. aastaist uraanituuma pommitamist neutronitega. Koos Hahniga ja neid assisteerinud noore Fritz Strassmanniga avastas Lise Meitner uraanituuma lõhustumise nähtuse. Meitneri ja Hahni koostöö kestis kuni 1934. aastani. Aastail 1920–1933 avaldas Meitner üksi või koos kolleegidega 69 teadusartiklit, kokku on ta avaldanud 135 teadustööd. Meitner võttis esmakordselt kasutusele termini tuuma jagunemine, seda analoogiliselt raku jagunemisele bioloogias.

Meitner oli, nagu tol ajal öeldi, neljandik juuditar, kuid pidas end Austria kodanikuks. Pärast Hitleri võimule tulekut piirati juutide töötamist riigiasutustes, Austria valitsus ei pikendanud tema välispassi ja ta sõitis illegaalselt Rootsi, kus ta professor Manne Siegbahni toetusel sai töökoha Nobeli Füüsika Instituuti. Siegbahn oli Stockholmi ülikooli professor ja töötas Rootsi Kuningliku Teaduste Akadeemias. Nobeli Instituudis töötas hiljem ka Meitneri lemmikust õepoeg Otto Robert Frisch (1. oktoober 1904, Viin – 22. september 1979, Cambridge), kes enne seda oli töötanud ka näiteks Kopenhaagenis Niels Bohri alluvuses.

Frisch ja tema tädi Lise Meitner tegid tähtsa avastuse – nad selgitasid, et uraanituum laguneb neutroniga pommitamisel uuteks elementideks, kusjuures saadusteks on baariumi ja krüptooni aatomid. Seejuures peab, vastavalt Einsteini massi ja energia ekvivalentsuse seadusele, massidefekti arvel eralduma kolossaalselt energiat. See tähtis avastus sai aluseks aatomienergia rakendamisele. Berliinis töötav Otto Hahn väitis natsliku režiimi päevil, et Lise Meitneri osa uraanituuma lõhestamise uurimisel oli väga väike. Fritz Strassmann nimetas Meitnerit aga Hahn-Meitner-Strassmanni tiimi intellektuaalseks juhiks.

Teise maailmasõja ajal töötas Meitner Los Alamoses ja osales Manhattani projektis, hiljem Cambridge’i tuumafüüsika osakonnas, Cavendishi laboris. Lise Meitner suri 27. oktoobril 1968 Cambridge’is mõni päev enne oma 90. sünnipäeva.

Lise Meitner oli heades suhetes Niels Bohri ja tolle abikaasa Margarethega, Max Borni, Wolfgang Pauli, James Chadwicki ja Albert Einsteiniga. Viimane hindas teda kõrgelt ja nimetas Saksamaa madame Curieks. Talle on omistatud Fermi auhind ja Leibnitzi medal. Nobeli preemiat talle aga ei antud, vaatamata korduvale taotlusele. 1940. aastate algul olid Hahn ja Meitner esitatud Nobeli füüsikapreemia kandidaatideks aatomituuma lõhustamise eest, ent Nobeli komitee arvas, et see töö kuulub rohkem keemia valdkonda, mitte füüsikasse, ja arvestas ka natsliku Saksamaa antisemiitlikku poliitikat. Keemia alakomitee otsustas aga anda preemia ainult keemik Otto Hahnile. Kuigi Nobeli Akadeemia algul seda otsust ei kinnitanud, pärjati Hahn 1945. aasta lõpul siiski Nobeli preemiaga. 1945 ja 1946 esitati Lise Meitner ja Otto Frisch Nobeli füüsikapreemia kandidaatideks. Mõlemal korral teostas evalvatsiooni saksameelne Erick Hulthen, Meitneri ja Frischi uurimused baseerusid aga USA-s ja Suurbritannias tehtud töödel. Ametlikuks kõrvalelükkamise põhjuseks toodi viited publikatsioonidele, mille kaasautoriteks olid Hahn ja Strassmann. Hultheni evalvatsiooni põhjal võttis Nobeli komitee eitava seisukoha nii 1945 kui 1946.