Wer in der Schule das Periodensystem auswendig lernen musste, dürfte kaum darüber nachgedacht haben, wo die einzelnen Elemente eigentlich entdeckt wurden. Bei sechs von ihnen führt die Spur direkt nach Südhessen.
Quelle: Bild von UnsplashAm GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung in Darmstadt wurden zwischen 1981 und 1996 sechs neue chemische Elemente erstmals erzeugt und nachgewiesen: Bohrium, Hassium, Meitnerium, Darmstadtium, Roentgenium und Copernicium.
Eines davon trägt die Herkunft sogar dauerhaft im Namen.
Darmstadtium, Element 110, ist nach Darmstadt benannt.
Damit steht der Name der südhessischen Wissenschaftsstadt heute in jedem vollständigen Periodensystem der Welt.
Sechs Elemente wurden in Darmstadt entdeckt
Die Erfolgsgeschichte begann Anfang der 1980er-Jahre.
Forschende der damaligen Gesellschaft für Schwerionenforschung, heute GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, versuchten mit Teilchenbeschleunigern künstlich neue und besonders schwere Atomkerne herzustellen.
Innerhalb von rund 15 Jahren gelangen gleich sechs Entdeckungen:
| Ordnungszahl | Element | Symbol | Entdeckung bei GSI |
| 107 | Bohrium | Bh | 24. Februar 1981 |
| 108 | Hassium | Hs | 14. März 1984 |
| 109 | Meitnerium | Mt | 29. August 1982 |
| 110 | Darmstadtium | Ds | 9. November 1994 |
| 111 | Roentgenium | Rg | 8. Dezember 1994 |
| 112 | Copernicium | Cn | 9. Februar 1996 |
Die Reihenfolge der Ordnungszahlen entspricht dabei nicht der zeitlichen Reihenfolge der Entdeckungen. Meitnerium mit der Ordnungszahl 109 wurde beispielsweise bereits 1982 erzeugt, Hassium mit der niedrigeren Ordnungszahl 108 folgte 1984.
Bis die Elemente offiziell ihren Platz im Periodensystem erhielten, verging teilweise noch deutlich mehr Zeit.
Wie kann man überhaupt ein neues Element herstellen?
Ein neues chemisches Element zu entdecken funktioniert bei solchen superschweren Elementen anders als etwa die Suche nach einem unbekannten Mineral.
Die Wissenschaftler versuchen, Atomkerne miteinander zu verschmelzen.
Dafür werden beschleunigte Atomkerne mit hoher Geschwindigkeit auf ein sogenanntes Target geschossen. Unter extrem seltenen Bedingungen können zwei Kerne miteinander verschmelzen und einen neuen, schwereren Atomkern bilden.
Welche Kombination verwendet wird, hängt davon ab, welches Element erzeugt werden soll.
Beim Darmstadtium beispielsweise ließen die Forscher Nickel-Atomkerne auf Blei treffen.
Nickel besitzt 28 Protonen, Blei 82.
28 plus 82 ergibt 110.
Genau diese Zahl ist entscheidend: Ein chemisches Element wird durch die Anzahl der Protonen in seinem Atomkern definiert. Ein Kern mit 110 Protonen gehört deshalb zum Element mit der Ordnungszahl 110 – Darmstadtium.
Das Problem: Die neuen Atome verschwinden fast sofort wieder
Die Entdeckung klingt zunächst fast so, als hätten die Forscher anschließend eine Probe Darmstadtium in einem Reagenzglas gehabt.
Davon war die Realität weit entfernt.
Superschwere Elemente sind extrem instabil. Die erzeugten Atomkerne können innerhalb kürzester Zeit wieder zerfallen.
Die Wissenschaftler müssen deshalb die charakteristischen Zerfallsprodukte messen und daraus rekonstruieren, welches Atom zuvor entstanden ist.
Ein einziges Institut kann außerdem nicht einfach erklären, ein neues Element entdeckt zu haben und ihm einen Namen geben.
Die Ergebnisse müssen überprüft und die Entdeckung international anerkannt werden.
Erst danach kann ein Element offiziell seinen Platz und Namen im Periodensystem erhalten.
Darmstadtium entstand am 9. November 1994
Der für Darmstadt wohl bedeutendste Tag dieser Forschungsgeschichte war der 9. November 1994.
Ein internationales Forschungsteam um den Physiker Sigurd Hofmann erzeugte bei GSI erstmals das Element mit der Ordnungszahl 110.
Dazu wurden Nickel- und Bleikerne miteinander verschmolzen.
Das Experiment war erfolgreich – Element 110 war erzeugt worden.
Bis zu seinem heutigen Namen sollte es allerdings noch mehrere Jahre dauern.
Die internationale Chemieorganisation IUPAC bestätigte die Entdeckung und genehmigte 2003 schließlich den vorgeschlagenen Namen:
Darmstadtium.
Das chemische Symbol lautet Ds.
Am 2. Dezember 2003 wurde der Name bei einer offiziellen Zeremonie bei GSI gefeiert.
Warum heißt das Element Darmstadtium?
Die Entdecker eines neuen Elements erhalten nach der internationalen Anerkennung das Recht, einen Namen vorzuschlagen.
Das Forschungsteam entschied sich bei Element 110 für den Standort seiner Entdeckung.
Aus Darmstadt wurde Darmstadtium.
Damit folgt das Element einer langen wissenschaftlichen Tradition. Mehrere chemische Elemente sind nach Städten, Regionen oder Ländern benannt.
Berkelium erinnert beispielsweise an Berkeley in Kalifornien, Dubnium an die russische Forschungsstadt Dubna.
Darmstadtium trägt den Namen Darmstadts seit 2003 offiziell durch die internationale Chemie.
Darmstadt ist die einzige deutsche Stadt mit einem eigenen Element
Damit besitzt Darmstadt eine Besonderheit, die keine andere deutsche Stadt vorweisen kann.
Nach Angaben der GSI ist Darmstadt die einzige deutsche Stadt, nach der ein chemisches Element benannt wurde.
Der Name steht dadurch weltweit in Periodensystemen, Chemiebüchern, wissenschaftlichen Publikationen und Klassenzimmern.
Für eine Stadt mit rund 160.000 Einwohnern ist das eine bemerkenswerte Form internationaler Bekanntheit.
Doch Darmstadt ist nicht die einzige geografische Bezeichnung aus der Region, die es in das Periodensystem geschafft hat.
Auch Hessen steht im Periodensystem
Vier Plätze vor Darmstadtium findet sich ein weiteres Element mit direktem Bezug zur Region.
Hassium trägt die Ordnungszahl 108.
Der Name leitet sich von Hassia, der lateinischen Bezeichnung für Hessen, ab.
Hassium wurde am 14. März 1984 bei GSI entdeckt. Für seine Erzeugung wurden Eisen- und Bleikerne miteinander verschmolzen.
Damit sind sowohl die Stadt Darmstadt als auch das Bundesland Hessen im Periodensystem verewigt.
Bohrium erinnert an Niels Bohr
Das erste der sechs bei GSI entdeckten Elemente war Bohrium.
Es wurde am 24. Februar 1981 erzeugt und besitzt die Ordnungszahl 107.
Sein Name erinnert an den dänischen Physiker Niels Bohr, der zu den bedeutendsten Physikern des 20. Jahrhunderts zählt und entscheidend zur Entwicklung des Atommodells beitrug.
Bohrium trägt das chemische Symbol Bh.
Meitnerium erinnert an eine Pionierin der Kernphysik
Element 109 trägt den Namen Meitnerium und das Symbol Mt.
Benannt wurde es nach der österreichisch-schwedischen Physikerin Lise Meitner, die eine zentrale Rolle beim wissenschaftlichen Verständnis der Kernspaltung spielte.
Meitnerium wurde am 29. August 1982 bei GSI erzeugt.
Damit erhielt erstmals ein chemisches Element ausschließlich den Namen einer realen Frau.
Roentgenium erinnert an Wilhelm Conrad Röntgen
Nur wenige Wochen nach Darmstadtium gelang dem Forschungsteam in Darmstadt der nächste Erfolg.
Am 8. Dezember 1994 wurde Element 111 erstmals nachgewiesen.
Es erhielt später den Namen Roentgenium und das Symbol Rg.
Namensgeber ist Wilhelm Conrad Röntgen, der 1895 die später nach ihm benannten Röntgenstrahlen entdeckte und 1901 den ersten Nobelpreis für Physik erhielt.
Copernicium komplettierte die Darmstädter Sechserreihe
Die sechste Entdeckung folgte am 9. Februar 1996.
Durch die Fusion von Zink und Blei entstand Element 112.
Es wurde später nach dem Astronomen Nikolaus Kopernikus benannt und trägt heute den Namen Copernicium sowie das Symbol Cn.
Die offizielle Anerkennung erfolgte erst Jahre später. Seit 2010 gehört auch Copernicium unter diesem Namen offiziell zum Periodensystem.
Damit war die Reihe der sechs bei GSI entdeckten Elemente komplett.
Die Forschung in Darmstadt ging danach weiter
Mit Element 112 endete die Darmstädter Forschung an superschweren Elementen keineswegs.
GSI war später auch an der Forschung zu noch schwereren Elementen beteiligt.
Bei den Elementen 113 bis 117 konnten die Darmstädter Forscher nach Angaben des Helmholtzzentrums ebenfalls wichtige Beiträge leisten und Daten anderer Forschungseinrichtungen überprüfen beziehungsweise Elemente erzeugen.
Die offiziell an GSI zugeschriebenen Entdeckungen bleiben jedoch die Elemente 107 bis 112.
Warum diese sechs Elemente so außergewöhnlich sind
Bohrium, Hassium oder Darmstadtium begegnen uns nicht wie Eisen, Sauerstoff oder Gold im Alltag.
Die künstlich erzeugten superschweren Elemente sind äußerst kurzlebig.
Gerade deshalb sind sie für die Grundlagenforschung interessant.
Forscher wollen verstehen, wie sich Atomkerne bei immer höheren Protonenzahlen verhalten und wo die Grenzen des Periodensystems liegen.
Ein wichtiges Forschungsziel ist dabei die sogenannte „Insel der Stabilität“.
Theoretische Modelle sagen voraus, dass bestimmte noch schwerere Atomkerne deutlich stabiler und langlebiger sein könnten als viele bislang erzeugte superschwere Elemente.
Die Suche danach gehört bis heute zu den großen Fragen der Kernphysik.
Von Südhessen in jedes Chemiebuch der Welt
Darmstadt wird häufig mit Wissenschaft verbunden. Die Technische Universität, das europäische Raumfahrtkontrollzentrum ESOC, zahlreiche Forschungsinstitute und Technologieunternehmen haben der Stadt den Titel Wissenschaftsstadt eingebracht.
Die sechs chemischen Elemente zeigen jedoch besonders anschaulich, welche internationale Bedeutung Forschung aus Südhessen erreicht hat.
Zwischen 1981 und 1996 wurden bei GSI sechs Bausteine des heutigen Periodensystems entdeckt.
Einer trägt den Namen der Stadt.
Ein weiterer den lateinischen Namen des Bundeslandes.
Wer heute irgendwo auf der Welt ein vollständiges Periodensystem betrachtet, findet deshalb zwischen Meitnerium und Roentgenium ein kleines Stück Südhessen:
Darmstadtium – Ds – Ordnungszahl 110.